Болатты алюминийге жалғаған кезде, қосылу процесінде Fe және Al атомдары арасындағы реакция сынғыш металларалық қосылыстарды (МММ) түзеді. Бұл МММ-дердің болуы қосылыстың механикалық беріктігін шектейді, сондықтан бұл қосылыстардың мөлшерін бақылау қажет. МММ-дердің түзілуінің себебі - Fe-нің Al-дегі ерігіштігі нашар. Егер ол белгілі бір мөлшерден асып кетсе, ол дәнекерлеудің механикалық қасиеттеріне әсер етуі мүмкін. МММ-дердің қаттылық, шектеулі икемділік пен беріктік, сондай-ақ морфологиялық ерекшеліктері сияқты бірегей қасиеттері бар. Зерттеулер басқа МММ-дермен салыстырғанда Fe2Al5 МММ қабаты ең сынғыш болып саналатынын анықтады (11,8± 1,8 ГПа) IMC фазасы, сонымен қатар дәнекерлеу сәтсіздігіне байланысты механикалық қасиеттердің төмендеуінің негізгі себебі болып табылады. Бұл мақалада реттелетін сақина режиміндегі лазерді қолдана отырып, IF болат пен 1050 алюминийін қашықтан лазермен дәнекерлеу процесі зерттеледі және лазер сәулесінің пішінінің металларалық қосылыстардың пайда болуына және механикалық қасиеттерге әсерін терең зерттейді. Өзек/сақина қуатының қатынасын реттеу арқылы өткізгіштік режимінде 0,2 өзек/сақина қуатының қатынасы дәнекерлеу интерфейсінің байланыс бетінің ауданын жақсартуға және Fe2Al5 IMC қалыңдығын айтарлықтай азайтуға, осылайша қосылыстың ығысу беріктігін жақсартуға мүмкіндік беретіні анықталды.
Бұл мақалада реттелетін сақина режиміндегі лазердің IF болат пен 1050 алюминийді қашықтықтан лазермен пісіру кезіндегі металларалық қосылыстардың түзілуіне және механикалық қасиеттерге әсері таныстырылады. Зерттеу нәтижелері өткізгіштік режимінде өзек/сақина қуатының қатынасы 0,2 болғанда, пісіру интерфейсінің байланыс бетінің ауданы үлкенірек болатынын көрсетеді, бұл 97,6 Н/мм2 максималды ығысу беріктігімен (жігіс тиімділігі 71%) көрінеді. Сонымен қатар, қуат қатынасы 1-ден жоғары Гаусс арқалықтарымен салыстырғанда, бұл Fe2Al5 металларалық қосылысының (IMC) қалыңдығын 62%-ға және жалпы IMC қалыңдығын 40%-ға айтарлықтай төмендетеді. Перфорация режимінде өткізгіштік режимімен салыстырғанда жарықтар және төмен ығысу беріктігі байқалды. Өзек/сақина қуатының қатынасы 0,5 болғанда, пісіру жігінде түйіршіктердің айтарлықтай тазаланғаны байқалғанын атап өткен жөн.
r=0 болғанда, тек циклдік қуат өндіріледі, ал r=1 болғанда, тек негізгі қуат өндіріледі.
Гаусс сәулесі мен сақина тәрізді сәуле арасындағы қуат қатынасының r схемалық диаграммасы
(a) Дәнекерлеу құрылғысы; (b) Дәнекерлеу профилінің тереңдігі мен ені; (c) Үлгі мен бекітпе параметрлерін көрсетудің схемалық диаграммасы
MC сынағы: Тек Гаусс арқалығы жағдайында ғана пісіру жігі бастапқыда таяз өткізгіштік режимінде болады (ID 1 және 2), содан кейін жартылай енетін құлыптау режиміне ауысады (ID 3-5), айқын жарықтар пайда болады. Сақина қуаты 0-ден 1000 Вт-қа дейін артқанда, ID 7-де айқын жарықтар болған жоқ және темірмен байыту тереңдігі салыстырмалы түрде аз болды. Сақина қуаты 2000 және 2500 Вт-қа дейін артқанда (ID 9 және 10), темірге бай аймақтың тереңдігі артады. 2500 Вт сақина қуатында (ID 10) шамадан тыс жарықшақ пайда болады.
MR сынағы: Өзек қуаты 500 және 1000 Вт аралығында болғанда (ID 11 және 12), дәнекерлеу тігісі өткізгіштік режимінде болады; ID 12 және ID 7 салыстырған кезде, жалпы қуат (6000 Вт) бірдей болғанымен, ID 7 құлыптау тесігі режимін жүзеге асырады. Бұл басым ілмек сипаттамасына (r=0,2) байланысты ID 12 кезінде қуат тығыздығының айтарлықтай төмендеуіне байланысты. Жалпы қуат 7500 Вт-қа (ID 15) жеткенде, толық ену режиміне қол жеткізуге болады, ал ID 7-де қолданылған 6000 Вт-пен салыстырғанда, толық ену режимінің қуаты айтарлықтай артады.
Интегралдық схема сынағы: Өткізгіш режим (ID 16 және 17) 1500 Вт өзек қуатында және 3000 Вт және 3500 Вт сақина қуатында қол жеткізілді. Өзек қуаты 3000 Вт болғанда және сақина қуаты 1500 Вт және 2500 Вт аралығында болғанда (ID 19-20), бай темір мен бай алюминий арасындағы шекарада айқын жарықтар пайда болып, жергілікті енетін кішкентай тесік үлгісін қалыптастырады. Сақина қуаты 3000 және 3500 Вт болғанда (ID 21 және 22), толық енетін кілт тесігі режиміне қол жеткізіңіз.
Оптикалық микроскоп астындағы әрбір дәнекерлеу идентификациясының көлденең қимасының бейнелері
4-сурет. (a) Дәнекерлеу сынақтарындағы шекті созылу беріктігі (ШББ) мен қуат қатынасы арасындағы байланыс; (b) Барлық дәнекерлеу сынақтарының жалпы қуаты.
5-сурет. (a) Аспект қатынасы мен UTS арасындағы байланыс; (b) Ұзарту мен ену тереңдігі мен UTS арасындағы байланыс; (c) Барлық дәнекерлеу сынақтары үшін қуат тығыздығы
6-сурет. (ac) Виккерс микроқаттылығының ойығының контур картасы; (df) Өкілдік өткізгіштік режимде пісіруге арналған сәйкес SEM-EDS химиялық спектрлері; (g) Болат пен алюминий арасындағы интерфейстің схемалық диаграммасы; (h) Fe2Al5 және өткізгіштік режимде пісірілген жіктердің жалпы IMC қалыңдығы
7-сурет. (ac) Виккерс микроқаттылығының ойығының контурлық картасы; (df) Жергілікті ену перфорациясы режиміндегі дәнекерлеуге арналған сәйкес SEM-EDS химиялық спектрі
8-сурет. (ac) Виккерс микроқаттылығының ойығының контурлық картасы; (df) Толық ену перфорациялық режимдегі дәнекерлеуге арналған сәйкес SEM-EDS химиялық спектрі
9-сурет. EBSD графигі толық ену перфорациясы режиміндегі сынақтағы темірге бай аймақтың (жоғарғы пластинаның) түйіршік өлшемін көрсетеді және түйіршік өлшемінің таралуын сандық түрде анықтайды.
10-сурет. Бай темір мен бай алюминий арасындағы шекараның SEM-EDS спектрлері
Бұл зерттеуде IF болат-1050 алюминий қорытпасынан жасалған әртүрлі тізбекті дәнекерленген қосылыстардағы IMC түзілуіне, микроқұрылымына және механикалық қасиеттеріне ARM лазерінің әсері зерттелді. Зерттеуде үш дәнекерлеу режимі (өткізгіштік режимі, жергілікті ену режимі және толық ену режимі) және таңдалған үш лазер сәулесінің пішіні (Гаусс сәулесі, сақиналы сәуле және Гаусс сақиналы сәулесі) қарастырылды. Зерттеу нәтижелері Гаусс сәулесі мен сақиналы сәуленің тиісті қуат қатынасын таңдау ішкі модальды көміртектің түзілуі мен микроқұрылымын басқарудың негізгі параметрі болып табылатынын, осылайша дәнекерлеудің механикалық қасиеттерін барынша арттыратынын көрсетеді. Өткізгіштік режимінде қуат қатынасы 0,2 болатын дөңгелек сәуле ең жақсы дәнекерлеу беріктігін қамтамасыз етеді (71% қосылыс тиімділігі). Перфорация режимінде Гаусс сәулесі үлкен дәнекерлеу тереңдігін және жоғары арақатынасын тудырады, бірақ дәнекерлеу қарқындылығы айтарлықтай төмендейді. Қуат қатынасы 0,5 болатын сақиналы сәуле дәнекерлеу тігісіндегі болат бүйір түйіршіктерінің тазартылуына айтарлықтай әсер етеді. Бұл сақиналы арқалықтың төменгі шың температурасының салқындату жылдамдығының жоғарылауына және Al еріген затының дәнекерлеу тігісінің жоғарғы бөлігіне қарай жылжуының түйіршік құрылымына өсуді шектеу әсеріне байланысты. Виккерс микроқаттылығы мен Thermo Calc-тің фазалық көлем пайызын болжауы арасында күшті корреляция бар. Fe4Al13 көлем пайызы неғұрлым жоғары болса, микроқаттылық соғұрлым жоғары болады.
Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 25 қаңтар
