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英文翻译

Studyonliquid-phase-impactdiffusionweldingSiCp/ZL101对液相影响扩散焊接SiCp/ZL101的研究

Abstract摘要

Anewmethodforwelding（焊接）SiCp/ZL101,一种新的焊接SiCp\ZL101的方法liquid-phase-impact（液相影响）diffusion（扩散）welding（LPIDW）提出了液相影响扩散焊,wasputforward.TheeffectofLPIDWparameters（参数）ontheweldedjointpropertywasinvestigated已经研究出了LPIDW参数对焊接接头性能的影响,andtheoptimal（最佳）weldingparameterswerebroughtforwardatthesametime而且在同一时间提出了最佳的焊接参数.

Themicrostructureofjointwasanalyzedbymeansofscanningelectronmicroscope（扫描电子显微镜）andtransmissionelectronmicroscope（透射电子显微镜）通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析的接头的显微组织来研究接头的宏观性质和微观结构之间的关系inorderto

studytherelationshipbetweenthemacro-propertiesofjointandthemicrostructure.ResultsshowthatbyLPIDW由LPIDW得出的结果显示,thealuminummatrix

compositeSiCp/ZL101hasbeenweldedsuccessfully铝基SiCp\ZL101复合材料已成功的焊接而且极大的提高了工作效率,andtheworkefficiency（工作效率）hasbeenimprovedenormously（巨大的）.

_2006ElsevierLtd2006年爱思唯尔公司持有所有权利.Allrightsreserved.

Keywords

Aluminummatrixcomposite铝基复合材料;Liquid-phase-impactdiffusionwelding液相影响扩散焊;SiCp/ZL101

摘要

目前提出了一种新的焊接SiCp\ZL101的方法--液相影响扩散焊，人们已经研究出了LPIDW参数对焊接接头性能的影响，而且在同一时间提出了最佳的焊接参数。

通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析的接头的显微组织来研究接头的宏观性质和微观结构之间的关系。

由LPIDW得出的结果显示，铝基SiCp\ZL101复合材料已成功的焊接而且极大的提高了工作效率。

2006年爱思唯尔公司持有所有权利

关键词：

铝基复合材料；液相影响扩散焊；SiCp/ZL101

1.Introduction说明

Recentlythestudyofcompositematerialhasbeenone

ofthemostimportantdirectionsinmaterialresearch最近复合材料的研究已经成为材料研究中最重要的方向之一.

Aluminummatrixcompositehasawideapplicationin

thefieldsofaerospace,automobileandsoon铝基质复合材料在航空航天和汽车领域等具有广泛的应用,because

oftheirhighspecificstrength,rigidity,wearresistance

andgooddimensionalstability因为他们比强度高，刚性，耐磨性和尺寸稳定性好[1,2].However,itsfurther

applicationanddevelopmentarefacedwiththedifficulty

ofpoor（差）weldability（可焊性）然而，它的进一步的应用和发展面临着可焊性差的困难,causedbygreatdifferencebetween

aluminummatrixandreinforcementinphysicaland

chemicalproperties由铝基体和增强体在物理和化学性质方面很大的不同引起的[1,3,4].Researchonweldability（可焊性）of

thealuminummatrixcompositesisfocusedonmolten

welding,diffusionwelding,braze（钎焊）welding,frictionwelding

andsoon对铝基体复合材料焊接性的研究集中在熔融焊接，扩散焊接，钎焊焊接和摩擦焊接等[2–5].

Inthisstudy在这项研究中,anewmethodforweldingSiCp/ZL101

wasputforward提出了一种新的方法焊接SiCp\ZL101.Itwasliquid-phase-impactdiffusion

Welding就是液相影响扩散焊.ByweldingSiCp/ZL101通过焊接SiCp\ZL101,theeffectofwelding

parametersontheweldedjointpropertywasinvestigated研究出了焊接参数对焊接接头性能的影响,

andtheoptimalweldingparameterswerebroughtforward

atthesametime而且在同一时间提出了最佳的焊接参数.Meantimetherelationshipwasstudiedbetweenmacro-performancesofjointandmicrostructure

withopticalmicroscopeandscanningelectronmicroscopy（SEM）,etc与此同时，通过利用光学显微镜和扫描电子显微镜研究出了接头的宏观性质和微观结构之间的关系.

1.说明：

最近复合材料的研究已经成为材料研究中最重要的方向之一。

铝基质复合材料在航空航天和汽车领域等具有广泛的应用，因为他们比强度高，刚性，耐磨性和尺寸稳定性好。

然而，它的进一步的应用和发展面临着可焊性差的困难，由铝基体和增强体在物理和化学性质方面很大的不同引起的。

对铝基体复合材料焊接性的研究集中在熔融焊接，扩散焊接，钎焊焊接和摩擦焊接等。

在这项研究中，提出了一种新的方法焊接SiCp\ZL101，就是液相影响扩散焊。

通过焊接SiCp\ZL101，研究出了焊接参数对焊接接头性能的影响，而且在同一时间提出了最佳的焊接参数。

与此同时，通过利用光学显微镜和扫描电子显微镜研究出了接头的宏观性质和微观结构之间的关系。

2.Experimentalmaterialandprocess实验材料和工艺过程

2.1.Experimentalmaterial实验材料

The101aluminummatrixcompositereinforcedwith

20%volumefraction（分数）SiCparticulate（颗粒）withmeansize（平均尺寸）of

12lm含有平均尺寸12微米，20%体积分数的SiC颗粒的101铝基复合材料增强体,wasmadebystirringcasting通过搅拌铸造而成,anditstensilestrength

was245MPa它的抗拉强度为245MPa.Itssolid–liquidtransformationtemperature

is562.6–578.3_C它的固液转变温度为562.6-578.3.Themicrostructureofthecompositeis

showninFig.1复合材料的微观结构示于图1.Thechemicalcompositionofthematrix

Alloy（基体合金）101anditsmechanicalpropertiesarelistedinTable1基体合金101的化学成分和它的机械性能在表1中列出.

2.2.Experimentalprocess实验过程

Specimensize（试样尺寸）was5·10·35mm试样尺寸是5·10·35mm.Thesespecimens

werepolished（抛光）bygrindpaper（400#）toremoveharden

quenching（淬火）layerandoxidesaway这些试样用400号的磨砂纸抛光从而去除硬化的淬火层和氧化物,andcleanedbyacetone（丙酮）

togetasmoothsurface并且用丙酮清洗以得到光滑的表面.Thevacuum（真空）diffusionwelding（真空扩散焊）

wasconductedusingGleeble-1500Dthermal/mechanical

simulationmachine（热/机械模拟机）withthe4·10_1Pavacuumchamber（房间）真空扩散焊采用Gleeble-1500D热/机械模拟机在4·10_1Pa的真空室内进行的.Tensiletestoftheweldedjointwasmeasuredwiththe

electron-mechanicaluniversalmaterialstestingmachine（电子机械的万能材料试验机）

madebyInstronCompany（英斯特朗公司）（USA）焊接接头的拉伸试验是由电子机械的万能材料试验机测试的，这种机器是由英斯特朗公司制造的.Thevelocity（速度）was

0.5mm/min速度是0.5mm/min.

2.3.PrincipleofLPIDWLPIDW的原理

Firstofall首先,theLPIDWtemperaturewasbetweensolidphase

andliquid-phaseLPIDW的温度介于固相和液相之间.Whentheratioofliquidmatrix

alloywasuptocertainvalueatthejointingarea当液体基质合金的比率在焊接区上升到一定值时,thejointing

areawasimpactedinshorttime（about10_4–10_2s）

Synchronously（同步）焊接区在很短的时间内（大约10_4–10_2秒）同步受到影响.Asaresult其结果是,SiCp/ZL101couldbejointed

successfullycooperatedwith（配合）optimalweldingtemperature

T,weldingtimet,holdingpressure（保压压力）P0andsoonSiCp/ZL101可以在最佳的焊接温度T,焊接时间t和保压压力Po等的条件下成功地焊接住.Fig.2

isschematicdiagramoftheprincipleofLPIDW图2是LPIDW原理的示意图.

2.实验材料和工艺过程

2.1.实验材料

含有平均尺寸12微米，20%体积分数的SiC颗粒的101铝基复合材料增强体，通过搅拌铸造而成，它的抗拉强度为245MPa，它的固液转变温度为562.6-578.3。

复合材料的微观结构示于图1。

基体合金101的化学成分和它的机械性能在表1中列出。

2.2.实验过程

试样尺寸是5·10·35mm。

这些试样用400号的磨砂纸抛光从而去除硬化的淬火层和氧化物，并且用丙酮清洗以得到光滑的表面。

真空扩散焊采用Gleeble-1500D热/机械模拟机在4·10_1Pa的真空室内进行的。

焊接接头的拉伸试验是由电子机械的万能材料试验机测试的，这种机器是由英斯特朗公司制造的，速度是0.5mm/min。

2.3.LPIDW的原理

首先，LPIDW的温度介于固相和液相之间。

当液体基质合金的比率在焊接区上升到一定值时，焊接区在很短的时间内（大约10_4–10_2秒）同步受到影响。

其结果是，SiCp/ZL101可以在最佳的焊接温度T,焊接时间t和保压压力Po等的条件下成功地焊接住。

图2是LPIDW原理的示意图。

3.Resultsanddiscussion结果与讨论

3.1.Influenceofweldingtemperaturesonpropertiesofthe

weldedjoint焊接温度对焊接接头性能的影响

Fig.3istherelationshipbetweenthestrengthofwelded

jointandweldingtemperature图3是焊接接头强度和焊接温度之间的关系.Itcanbeseenthatwiththe

temperatureincreasing,thestrengthofweldedjoint

becomeshigherandhigher可以看出随着温度的上升，焊接接头的强度变得越来越高.Whenthetemperatureis

570_C,thestrengthofweldedjointisuptoitsmaximum

（190MPa）当温度是570摄氏度时，焊接接头的强度达到它的最大（190兆帕）,whichisabout78%ofthatofSiCp/ZL101这个强度值大约是SiCp/ZL101的78%.

But,whenthetemperatureincreasesfurther但是，当温度进一步升高时,theratioofliquidmatrixalloyishigher液体基质合金的比率更高,undertheeffectofimpacting在冲击的作用下,

theweldingpiecesslideeachother焊件彼此滑动,thepiecescannotbe

jointedperfectly焊件不能被完美的连接,andthestrengthofweldedjointis

Decreased并且焊接接头的强度会下降

3.2.Influenceofimpactingmodeandspeed冲击模式和速度的影响

Theprominentcharacteristic（突出特点）ofLPIDWiswhenthe

matrixisbetweentheliquid-phaseandsolid-phase当基质位于液相和固相之间时，LPIDW的突出特点是,the

weldingpiecesareimpactedeachotherfleetly焊件之间迅速地相互影响.Intheexperiment在实验中,

agreatdealofinvestigation（调查）showsthatwhenthe

impactingtimeexceeds0.01s大量调查表明，当冲击时间超过0.01秒时,theweldingpieceswillslide

eachotherandcannotbejointedsuccessfully焊件将会彼此滑动并且不能成功地焊接住.Moreover而且,

duetothelimitationofGleeble-1500D由于Gleeble-1500D的限制,theimpactingtime

is10_2–10_4s冲击时间是10_2–10_4秒.Accordingtothedemandofdeformation（形变）of

weldedpieces（<3%）根据形变的焊接片（<3%）的需求,Itisdefined它被定义为V1=d

\t1

VI?

d

tI

V1:

Impactingspeed冲击速度,d:

theoveralldeformationofwelded

Joint焊接接头的整体形变,t1:

impactingtime冲击时间.

3.2.1.Influenceoftheimpactingmode冲击模式的影响

Theimpactingmodeisalsooneofimportantparameters

intheLPIDW冲击模式在LPIDW也是一个重要的参数.Fig.4istheschematicdiagram（示意图）ofthedifferentimpactingmodeswhentheimpactingspeedis

560mm/s图4是当冲击速度是560mm/s时不同冲击模式的示意图.

3.结果与讨论

3.1焊接温度对焊接接头性能的影响

图3是焊接接头强度和焊接温度之间的关系。

可以看出随着温度的上升，焊接接头的强度变得越来越高，当温度是570摄氏度时，焊接接头的强度达到它的最大（190兆帕），这个强度值大约是SiCp/ZL101的78%。

但是，当温度进一步升高时，液体基质合金的比率更高，在冲击的作用下，焊件彼此滑动，焊件不能被完美的连接，并且焊接接头的强度会下降。

3.2冲击模式和速度的影响

当基质位于液相和固相之间时，LPIDW的突出特点是焊件之间迅速地相互影响。

在实验中，大量调查表明，当冲击时间超过0.01秒时，焊件将会彼此滑动并且不能成功地焊接住。

而且，由于Gleeble-1500D的限制，冲击时间是10_2–10_4秒。

根据形变的焊接片（<3%）的需求，它被定义为V1=d

\t1

V1：

冲击速度；d:

焊接接头的整体形变；t1:

冲击时间。

3.2.1冲击模式的影响

冲击模式在LPIDW也是一个重要的参数。

图4是当冲击速度是560mm/s时不同冲击模式的示意图。

ModeI模式I:

Whentheweldingtemperatureisjustupto

570_C当焊接温度仅高达570摄氏度时,thecompositesareimpactedimmediately复合材料立刻受到影响.

ResultisshownasFig.5结果如图5所示.Itcanbeseenthatthejointisweldedinthesporadicarea从图中可以看出在零星区域接头的焊接.Inthefracture

Surface在断裂面,thereexistalotofnudereinforcement

Particles存在许多裸加固颗粒.Becauseitdoesnotforma

sufficientamountofliquidintheweldingsurface

whenthetemperatureisjustuptooptimalvalue因为当温度刚升到最佳值时，在焊接表面不能形成足够量的液体,

andundertheeffectofimpacting并且在冲击的作用下,piecescannot

bejointedideally焊件不能被理想地连接.Althoughthejointiswelded

excellentlytosomeextentinliquidarea在液相区虽然接头在一定程度上焊接地良好,thereinforcement

particlesareconglomeratedinunliquid

Area但是增强颗粒在非液相区中聚集.Consequently所以,thestrengthofweldedjointsislower焊接接头的强度较低

模式I:

当焊接温度仅高达570摄氏度时，复合材料立刻受到影响。

结果如图5所示。

从图中可以看出在零星区域接头的焊接。

在断裂面，存在许多裸加固颗粒。

因为当温度刚升到最佳值时，在焊接表面不能形成足够量的液体,并且在冲击的作用下，焊件不能被理想地连接，在液相区虽然接头在一定程度上焊接地良好，但是增强颗粒在非液相区中聚集，所以，焊接接头的强度较低

。

ModeII模式II:

Theweldingtemperatureis570_C,andwhen

thetimeofheatpreservation（保温）isabout5–10s焊接温度是570摄氏度，且当保温时间大约是5–10秒时,

thecompositesareimpactedquickly复合材料被迅速影响.

Withtheincreasingofheatpreservationtime随着保温时间的延长,the

temperatureisuniformintheweldingsurface焊接表面的温度是均匀的,and

thesufficientliquidisformedsimultaneously且同时形成足够的液体.

Underthesuitableimpactingspeed在适宜的冲击速度下,thejointis

weldedperfectly接头被完美地焊接.Thefracturesurfaceisshown

asFig.6断裂面如图6所示.Itcanbeseenthatthenudereinforcement

particlescannotbedetectedobviously由图可以看出裸加固颗粒不能被明显地检测到.Thecontacting

stateofthereinforcement/reinforcement

ischangedtothereinforcement/matrix/reinforcement

prominently,andthefractureischanged

frombrittlefracturetoplasticfracture增强体的接触状态、增强体被改变成增强体、基体、明显增强体，以及断裂是从脆性断裂到塑性断裂。

模式II:

焊接温度是570摄氏度，且当保温时间大约是5–10秒时，复合材料被迅速影响。

随着保温时间的延长，焊接表面的温度是均匀的，且同时形成足够的液体。

在适