热加工传输原理大作业题目：焊接接头中金属的流动及数值模拟在焊接中的应用姓名：班级：学号：日期：哈尔滨工业大学材料科学与工程学院1焊接接头中金属的流动及数值模拟在焊接中的应用姓名：班级：学号：金属的处理过程中总是伴随着“三传现象”，即“动量传输，热量传输和质量传输”。焊接过程中，在焊接接头处热量的散发，异种原子在焊接接头的扩散，及外部能量的输入均对结晶后的焊接接头组织产生重大影响，由于组织决定性能，因此将对接头的性能产生很大影响。本篇文章以摩擦焊为例，研究接头塑性金属的流动行为，以及热传输原理中数值分析在焊接中的应用。1、摩擦焊接头的金属流动性。1.1摩擦焊接摩擦焊接作为一种优质、精密、高效、节能和环保的固相连接技术，在航空航天及一般工业领域都有着巨大的应用潜力，在轻量化、高可靠性及低成本的装备制造中具有独特的优势。在国外工业强国，惯性摩擦焊(IFW)已成功用于航空发动机粉末盘与轴的连接，线性摩擦焊(LFW)已被应用到高推重比航空发动机整体叶盘的关键制造，搅拌摩擦焊(FSW)已用于飞机机舱等大型铝合金构件的制造。国内也将摩擦焊应用到了部分构件制造上。国内对摩擦焊的研究主要集中在对摩擦焊工艺及应用的研究。摩擦焊是一个涉及温度、力学、冶金及其相互作用的高度复杂过程，此过程中以摩擦界面处材料的塑性变形为主，界面处塑性金属流动的产生以及流动行为将会影响到热源的产生以及界面的扩散与动态回复再结晶，进而影响到焊接接头的质量。塑性金属层是否连续、完整和牢固地覆盖于摩擦界面，对能否形成无缺陷、优质的焊接接头具有重要影响。因此，研究摩擦焊接过程中塑性金属流动行为非常重要。1.2旋转摩擦焊接头的金属塑性流动。国外早期有关摩擦焊的研究主要集中在旋转摩擦焊接头形成过程中塑性流动与温度场的数值研究。1973年，Duffin与Bahrani对低碳钢管的连续驱动摩擦焊接过程进行了实验研究与分析，将工艺规范2参数与试样的变形情况进行了相关分析。1985年，Francis与Craine针对薄壁管件的连续驱动摩擦焊过程的摩擦阶段(不包括顶锻阶段)进行了分析，将变形层当做大粘性系数的牛顿流体，研究了变形层厚度、轴向缩短量与温度的关系。1994年，Midling与Grong采用实验与解析方法研究了Al-Mg-Si合金与Al-SiC复合材料的摩擦焊接过程中的温度变化与塑性流动行为，预测了接头的应变场与温度场。1997年，Bendzsak等人通过解析的方法，对惯性摩擦焊接头的塑性金属流动行为进行了初步的阐述。以上文献摩擦热的处理都是以当量热流密度的形式从摩擦界面输入，模型简化过多，尽管部分计算结果与实验结果吻合，摩擦焊条件下的塑性流动行为仍然没有被很好地阐明。国内在1984年采用了急停技术对45钢连续驱动摩擦焊接过程中变形层和高温区的扩展过程进行了研究。实验开展了摩擦压力和摩擦时间对变形层和高温区扩展过程规律的研究，并揭示了在摩擦加热开始时，变形层首先在距离圆心1/2~2/3半径处的摩擦表面上形成。变形层的厚度随摩擦压力的增大而增大。史弼采用解析法对摩擦焊接过程中的高温塑性变形区进行研究，定性地分析了焊接参数对塑性区宽度的影响。1.3搅拌摩擦焊接过程的塑性流动。在搅拌摩擦焊接过程中，工具形状、焊接参数和待焊材料直接影响焊缝金属的塑性流动，从而决定了焊核区、热机械影响区、热影响区的大小和性能。2、焊接过程的数值模拟。2.1焊接影响因素焊缝组织的形成过程复杂，受诸多因素影响，如焊缝金属及母材成分、焊接热循环过程、焊缝中夹杂物尺寸和分布、奥氏体晶粒成分和尺寸等等。通过相变热力学计算，可确定铁素体、珠光体、贝氏体等形核孕育时间以及转变开始温度；通过相变动力学计算，可确定新生相晶粒生长速度并计算最终的质量百分比。由于焊接是一个不平衡的连续冷却过程，进行热力学、动力学计算比较困难，而且组织转变3过程中的部分参量尚未有明确的物理模型和数学表达式，因此，模拟接头微观组织仍然十分困难。但随着计算机技术的发展，计算机模拟在焊接领域中已得到越来越广泛的应用。很多的科研工作者进行了大量的研究，并取得了很大的进展。其研究主要集中在以下几个方面。1.焊接热过程的数...
