局部热处理对钢-钛自冲铆接头力学性能的影响

120材料导报B研究篇2015年5月下第29卷第5期局部热处理对钢一钛自冲铆接头力学性能的影响卢毅，何晓聪，王医锋，刘福龙，张越昆明理工大学机电工程学院，昆明650500摘要对钢一钛自冲铆接头进行局部热处理，并对已热处理和未热处理的接头进行拉剪实验，对比分析局部热处理对钢一钛自冲铆接头的静强度、能量吸收、失效模式和失效机理的影响。结果表明淬火对钢一钛自冲铆接头的静强度有很大提高作用，对其能量吸收有减小作用；未淬火的钢一钛自冲铆接头失效模式为上板与铆钉分离且上板被撕裂，上板的断口形貌为典型韧性断裂特征；淬火后的钢一钛自冲铆接头失效模式为上板与铆钉分离且铆钉被拉断，铆钉的断口形貌为典型的沿晶断裂特征。关键词自冲铆钛合金热处理拉剪实验断口形貌中图分类号TG447文献标识码ADOI1011896JISSN1005023X201510028EFFECTOFLOCALHEATTREATMENTONTHEMECHANICALPROPERTIESOFSTEELTITANIUMSELFPIECINGRIVETEDJOINTSLUYI，HEXIAOCONG，WANGYIFENG，LIUFULONG，ZHANGYUEFACULTYOFMECHANICALANDELECTRICALENGINEERING，KUNMINGUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY，KUNMING650500ABSTRACTLOCA1HEATTREATMENTWASUSEDTOTREATTHESTEELTITANIUMSTSELFPIECINGRIVETEDJOINTS，THETENSILESHEARTESTWASAPPLIEDTOTESTTHETREATEDANDNOTTREATEDIOINTS，ANDEFFECTOFTHELOCALHEATTREATMENTONTHESTATICSTRENGTH，ENERGYABSORBING，FAILUREMODEANDFAILUREMECHANISMOFTHETJOINTSWERECOMPARATIVELYANALYZEDTHERESULTSSHOWEDTHATTHESTATICSTRENGTHOFTHEJOINTSWASIMPROVEDBYQUENCHING，THEENERGYABSORBINGOFTHEJOINTSWASREDUCEDBYQUENCHINGTHEFAILUREMODEOFTHESTJOINTSNOTBEINGQUENCHEDWASTHEUPPERSHEETSEPARATINGFROMTHERIVETWITHTHESHEETCRACKING，ANDTHEFRACTUREMORPHOLOGYOFTHEUPPERSHEETPRESENTEDDUCTILEFRACTUREFEATURETHEFAILUREMODEOFTHESTJOINTSBEINGQUENCHEDWASTHEUPPERSHEETSEPARATINGFROMTHERIVETWITHTHERIVETCRACKING，ANDTHEFRACTUREMORPHOLOGYOFTHEUPPERSHEETPRESENTEDINTERCRYSTALLINEFRACTUREFEATUREKEYWORDSSPRSELFPIERCINGRIVETING，TITANIUMALLOY，HEATTREATMENT，TENSILESHEARTEST，FRACTUREMORPHOL0GY0引言随着轻量化结构需求量在汽车及航空制造业中的增长及难以或不能焊接的轻质材料的大量使用，自冲铆SPR技术在过去2O年中取得了突破性的进展。自冲铆采用冲头将一个特制半空心铆钉压入板材，刺穿上板，在凹模作用下铆钉脚在下板中展开，获得牢固的机械内锁结构从而将上板和下板连接在一起。图1为一条典型的自冲铆过程载荷位移关系曲线，其反映了自冲铆连接过程中夹持过程、穿刺过程和连接过程的实际情况1。自冲铆有如下优势可有效连接多层、有镀层的同种或异种板材和厚度差异过大及难以采用点焊连接的板材，自动化程度高、易实现大批量生产和过程在线监控，无需表面预处理、无需预打孔操作、铆接工艺简单，操作环境安全环保等。国内外学者对自冲铆接头的力学性能进行了一系列的研究，以便自冲铆技术能更好地运用于实际制造生产。邢保英等46通过对自冲铆接头进行拉伸一剪切试验，细致地分析了自冲铆接头的成形机理和失效机理等力学性能。ECKSTEIN等E7,8进一步运用试验和模拟的方法研究了自冲铆接头失效特征及不同拉伸速率对接头静强度的影响。但是在很多场合中，结构的强度等性能需要得到更大改善，这使得学者们采用热处理的方式来进一步提升接头的力学性能。刘福龙等LG明运用火焰淬火的方式对压印接头进行局部热处理，结果表明压印接头的静强度得到了很大的提高。赵大伟等1112研究了TC4及TA15钛合金焊接接头热处理对其组织及力学性能的影响，得到了预期的结果。目前对钛合金与其他材料之间的有效连接及相关研究还较少，且还没有学者应用局部热处理方法来提高自冲铆接头的力学性能。本实验将运用自冲铆技术进行钛合金与钢两种材料的连接，并对制成的接头部位进行局部热处理，对国家自然科学基金50965009；昆明理工大学分析测试基金20130576卢毅