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AZ31鎂合金板材摩擦加熱的自沖鉚接
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.bt990.com.cn
更新時間：2014-11-05
對摩擦加熱過程中AZ31鎂合金板材的溫度變化、鉚接效果、鉚接接頭的剪切拉伸性能及疲勞性能進(jìn)行了研究，并與直接加熱同類型板材自沖鉚接接頭的力學(xué)性能進(jìn)行了比較。
自沖鉚接是一種新型的板材連接技術(shù)，在自沖鉚接過程中，半空心鉚釘刺穿上板材而進(jìn)入下板材，并通過下面小型模具的作用，使鉚釘張開，從而與被鉚接板材之間形成機(jī)械互鎖。鎂具有六方晶體結(jié)構(gòu)，其滑移系很少，在室溫條件下，鎂的塑性低、變形能力差，在常溫下達(dá)不到自沖鉚接對材料塑性的要求。鉚接處材料將出現(xiàn)開裂。加熱可激活鎂晶體結(jié)構(gòu)中的附加滑移系，提高其塑性和變形能力，所以在加熱的條件下對鎂合金板材進(jìn)行自沖鉚接，有可能獲得無開裂的自沖鉚接接頭。本文通過摩擦加熱，即在自沖鉚接設(shè)備上配備一套簡單的摩擦加熱裝置，先用它對被鉚接板材進(jìn)行摩擦加熱，當(dāng)板材溫度上升到所需溫度時，再進(jìn)行自沖鉚接。對摩擦加熱過程中AZ31鎂合金板材的溫度變化、鉚接效果、鉚接接頭的剪切拉伸性能及疲勞性能進(jìn)行了研究，并與直接加熱同類型板材自沖鉚接接頭的力學(xué)性能進(jìn)行了比較。
實(shí)驗(yàn)材料為2mmAZ31鎂合金板材。將板材線切割成127mm長、38mm寬的板片，經(jīng)適當(dāng)清洗后用于接頭樣品(圖1)的制備。接頭樣品的制備過程可分為加熱和自沖鉚接兩個階段。板材的加熱過程主要采用摩擦加熱方法，為了比較，還采用電熱板直接加熱板材的方法制備了部分接頭樣品。
自沖鉚接在Henrob公司生產(chǎn)的電動伺服型自沖鉚接系統(tǒng)上完成，所用鉚釘是半徑為5mm、長6mm的半空心鋼質(zhì)鉚釘。在自沖鉚接前，先對鎂合金板材進(jìn)行摩擦加熱或用電熱板加熱，當(dāng)板材溫度上升到稍高于設(shè)定溫度時，立即進(jìn)行自沖鉚接，鉚接時要保證板材的溫度為設(shè)定溫度。采用摩擦加熱時，共制備了四種樣品：室溫鉚接樣品和板材分別加熱150、180和200℃接頭樣品。而采用直接加熱時僅制備了180℃接頭樣品。接頭樣品的剪切拉伸試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)均在MTS810材料測試系統(tǒng)上進(jìn)行。剪切拉伸速率為1.5mm/min，每一種接頭樣品試驗(yàn)3～5個，得到剪切拉伸曲線及剪切強(qiáng)度。疲勞試驗(yàn)時，以每一種樣品平均剪切強(qiáng)度的60%開始進(jìn)行相應(yīng)樣品的恒載荷幅控制疲勞試驗(yàn)，并逐級降低載荷幅，試驗(yàn)進(jìn)行到試樣斷裂為止，如果試樣的疲勞壽命到達(dá)5×106周仍未斷裂，則停止試驗(yàn)。在每一個載荷水平上試驗(yàn)2～3個試樣。選擇載荷比(最小載荷/最大載荷)R為0.1、頻率為20Hz的正弦波載荷進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。
在合適的工藝條件下，使用摩擦加熱的方法可以使鎂合金板材的溫度迅速上升，并在很短的時間內(nèi)達(dá)到自沖鉚接所要求的溫度；摩擦加熱會對板材表面造成一定損傷，但損傷程度輕微。在室溫條件下，鎂合金板材的塑性低、變形能力差，對其進(jìn)行自沖鉚接時，鉚接處的材料將出現(xiàn)嚴(yán)重開裂，因而接頭的力學(xué)性能較低。當(dāng)鎂合金板材經(jīng)摩擦加熱至180℃以上再進(jìn)行自沖鉚接，可以有效避免鉚接過程中板材的開裂，消除裂紋，增加鉚釘與板材之間的互鎖量，提高接頭的剪切強(qiáng)度，改善疲勞性能。與電熱板直接加熱相比，摩擦加熱鎂合金板材自沖鉚接接頭的剪切強(qiáng)度及疲勞性能均有所提高，表明摩擦加熱對板材表面造成的損傷不會對接頭的力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響。
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