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铝合金电阻点焊熔核质量强化研究

作　者: 周琳舒
导　师: 单平
学　校: 天津大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 铝合金点焊熔核稀土元素碳纳米管强化
分类号: TG453.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

铝合金及其电阻点焊工艺的应用日益广泛,对其性能和质量也提出了更高的要求。提高点焊质量的关键问题是提高点焊熔核的力学性能,传统的方法通过监控熔核尺寸来提高点焊质量,效果不易得到保障。鉴于宏观性能由微观结构决定,因此本文开辟新的思路,通过改变熔核的微观组织结构来达到强化熔核质量的目的,得到较好的效果。稀土元素应用在铝合金中能显著提高其综合性能,此外,碳纳米管在铝合金中的应用近些年来引起人们的关注。本文选用稀土元素Er、Ce和碳纳米管分别作为铝合金点焊熔核的添加元素,对点焊实验结果进行力学性能测试,显微组织结构观察和成分分析,通过研究它们对实验结果的影响,深入分析其在熔核中的强化机制。通过对铝合金点焊工艺进行研究,分析熔核的强化过程,并根据稀土元素和碳纳米管在铝合金中的强化作用建立其在铝合金点焊熔核中的强化理论模型。通过研究微量稀土元素Er、Ce对熔核的强化作用发现,加入稀土元素后,熔核的硬度和强度提高了10%左右,熔核区晶粒组织明显细化,在晶界和晶内弥散分布一些稀土元素及其化合物,说明稀土元素一部分固溶于铝基体中,一部分生成稀土化合物,不仅作为介质促进形核细化晶粒,而且能够作为第二相阻碍位错的运动抑制塑性变形,从而起到强化作用。稀土元素Er、Ce在铝合金点焊熔核中的强化机制主要是第二相强化、细晶强化和固溶强化。在对添加碳纳米管的熔核的研究中发现,熔核的硬度和强度提高了30%左右,而且碳纳米管的细晶效果显著,扫描电镜结果表明其在晶界均匀分布,与基体界面的结合良好,起到很好的强化效果。碳纳米管在熔核中的强化作用通过载荷传递、晶粒细化以及影响位错行为来实现。对不同元素的试验结果进行对比发现,稀土元素中Ce比Er的强化效果稍好,这是由于二者在铝中的固溶度不同而导致的。而碳纳米管的强化效果要好于稀土元素,主要是因为二者的强化机制有所不同。通过对比分析不同元素的强化效果,初步探讨铝合金点焊熔核质量强化的途径。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-20
  1.1 课题的研究背景及意义  8-12
    1.1.1 课题的研究背景  8-9
    1.1.2 铝合金点焊的焊接性  9-10
    1.1.3 课题提出的目的及意义  10-12
  1.2 铝合金电阻点焊熔核强化的研究现状  12-14
    1.2.1 铝合金的强化途径  12-13
    1.2.2 点焊熔核强化的研究现状  13-14
  1.3 微量元素在铝合金点焊熔核中的应用现状  14-18
    1.3.1 稀土元素在铝合金点焊熔核中的应用  14-16
    1.3.2 碳纳米管在铝合金点焊熔核中的应用  16-18
  1.4 本论文的主要研究内容  18-20
第二章铝合金电阻点焊熔核强化过程及特点  20-36
  2.1 电阻点焊熔核强化过程  20-26
    2.1.1 点焊熔核形成过程  20-22
    2.1.2 点焊熔核的结晶特点  22-24
    2.1.3 点焊缺陷及影响  24-26
  2.2 铝合金点焊熔核强化特点及机制  26-28
  2.3 铝合金点焊熔核中微量元素的强化理论模型  28-34
    2.3.1 铝合金点焊熔核中稀土元素的强化理论模型  28-31
    2.3.2 铝合金点焊熔核中碳纳米管的强化理论模型  31-34
  2.4 本章小结  34-36
第三章铝合金点焊试验  36-43
  3.1 试验思路  36
  3.2 点焊试验设备与材料  36-37
    3.2.1 试验材料  36-37
    3.2.2 点焊实验设备  37
  3.3 实验过程  37-38
  3.4 微观组织观察  38-39
    3.4.1 金相组织观察  38-39
    3.4.2 扫描电镜组织观察  39
  3.5 力学性能试验  39-43
    3.5.1 显微硬度试验  39
    3.5.2 小冲杆试验  39-43
第四章试验结果与分析  43-58
  4.1 稀土元素对熔核性能影响的研究  43-50
    4.1.1 稀土元素对铝合金点焊熔核力学性能的影响  43-45
    4.1.2 稀土元素对铝合金点焊熔核微观组织的影响  45-49
    4.1.3 稀土元素在铝合金点焊熔核中的强化机理  49-50
  4.2 碳纳米管对熔核性能影响的研究  50-55
    4.2.1 碳纳米管对铝合金点焊熔核力学性能的影响  50-51
    4.2.2 碳纳米管对铝合金点焊熔核微观组织的影响  51-54
    4.2.3 碳纳米管在铝合金点焊熔核中强化机制  54-55
  4.3 稀土元素和碳纳米管强化效果的对比  55-56
  4.4 本章小结  56-58
第五章结论  58-60
参考文献  60-65
发表论文和参加科研情况说明  65-66
致谢  66

铝合金电阻点焊熔核质量强化研究

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