外文翻譯---ti6al4v在擠壓階段的線性摩擦焊

1、<p>　　Ti6AL4V在擠壓階段的線性摩擦焊</p><p>　　A. Vairis *, M. Frost</p><p>　　Department of Mechanical Engineering, Uni6ersity of Bristol, Queen’s Building, Uni6ersity Walk, Bristol BS8 1TR, UK</p>

2、;<p>　　Received 25 March 1999; received in revised form 14 June 1999</p><p><b>　　0前言</b></p><p>　　Ti6AL4V在線性摩擦焊的擠壓階段對焊接的完整性已經(jīng)被證明有很重要的作用。在摩擦界面中最大的摩擦熱所在的地方，熱量提升的顯示依賴于振幅。這是閃速和軸向縮

3、短實驗數(shù)據(jù)證實了宏觀證明。用真實的實驗數(shù)據(jù)的分析模型來預測應變率，材料暴露在接口塑化區(qū). © 1999 Elsevier Science S.A. All rights reserved.</p><p>　　關鍵詞：線性摩擦焊接，擠壓階段;Ti6AL4V</p><p><b>　　1引言</b></p><p>　　自從焦耳實驗之

4、后，我們就已經(jīng)知道，機械能將部分之間的摩擦產生的熱量轉化摩擦表面。最近，它已被證明在線性摩擦焊的情況下，增加材料在可控制的方法下這些熱量是鼓勵使用，也能提高效率。在這個過程中，部分相對移動的壓力下彼此由線性機制產生了直接的往復式模式.這提供了一個方便的方法，加入大多數(shù)的材料組合，適用于非軸對稱零件，需要準確的工件方位。</p><p>　　線性摩擦焊是一種自我調節(jié)的過程中，接口在一定壓力條件和毗鄰地區(qū)要達到接受其

5、各個階段的過程。觀察的過程[1]有四個不同的階段（圖1）。這些階段已經(jīng)在一些細節(jié)先前所描述的[1]，本文僅簡要討論。</p><p>　　1.1第一階段，初始階段</p><p>　　在開始的時候，這兩種材料都在壓力下接觸。兩個表面處于粗糙階段，從固體摩擦產生的熱量。在整個這一階段，由于嚴酷的磨損而接觸面積增大。在這一階段組織沒有軸向縮短。如果擦的速度太低，對于一個給定的軸向力，將產生摩擦

6、熱不足，傳導和輻射的損失，這將導致熱軟化和不足，下一階段也將不遵循補償。</p><p>　　1.2第二階段，過渡階段</p><p>　　如果在前一階段已經(jīng)有足夠的摩擦熱軟化材料，大磨損顆粒開始從接口切除，熱影響區(qū)擴大為遵循第三階段。真正的接觸面積，被認為是100％的截面積，這兩種材料之間形成的軟塑化層不再是能夠支持的軸向載荷。</p><p>　　1.3第三階段

7、，平衡相</p><p>　　繼第二階段，縮短工件的軸向開始作為一個被驅逐鐓粗的結果。在鍵的突破和改革所產生的熱量帶來了從接口和一個塑料帶的發(fā)展。在界面上形成的塑化層，局部應力振蕩運動的援助制度擠出材料到閃存的接口。由于溫度分布不均勻，在這個階段可能出現(xiàn)不穩(wěn)定。如果溫度過高會增加在接口部分從振蕩中心線的距離，成為在這一節(jié)中的塑化層較厚，造成更多的塑料材料被擠壓。這可能會導致從原機的界面（圖2）旋轉。這種行為可以歸

8、因于組織的初始失調。</p><p>　　1.4第四階段，減速階段</p><p>　　相對位移的突然停止以及施加的鍛造壓力鞏固焊縫。從上述的介紹，很顯而易見的得知，是輸入功率的限制，以下的焊接是不可能的。如果操作使用的振蕩幅度較小，或揉在一個較低的振蕩頻率或使用比需要的小的摩擦壓力，工件將永遠無法達到能產生良好定義的閃速，和隨后形成的良好焊縫. 相反，它已被證明，給予適當?shù)某跏紬l件，閃光

9、的速率極大的影響了焊接的完整性。</p><p>　　應變率敏感材料，如Ti6AL4V，有兩種控制擠壓速度的影響。首先在界面上的溫度，其次粘塑性應變率。</p><p>　　在已經(jīng)出版的大量文獻，以旋轉摩擦焊接相比，少的信息是關于線性摩擦焊接文獻。然而參考.[2]，模型估計在軌道摩擦焊接過程中的初始階段，軸向熱輸入偏移的影響。軌道焊接生產速度的條件類似的線性摩擦焊接工件在同樣的意義上有關其

10、縱軸具有相同角速度旋轉。最近[3] AL-Mg-Si系合金和Al的旋轉摩擦焊接熱影響區(qū)的溫度和有效應變率分布的估計，所獲得的微觀結構的變化 - 碳化硅基復合材料。基于局部微凸體熔化的假設，在摩擦界面和摩擦過程中的每一個階段的常系數(shù)，一維溫度模型，提出了預測和測量溫度值之間的協(xié)議。然而，作為組織短由于材料擠出，它會出現(xiàn)，嵌入式熱電偶將接近高溫度梯度地區(qū)通過摩擦界面。因此，將需要一些精密熱電偶的位置。在同樣的工

11、作，假設的速度分量在塑化材料作為材料的變形形狀類似時尚的變化，應變率預測為塑化區(qū)。然而，在摩擦界面預測的應變率是非常高（?1000 S - 1），相比那些號在數(shù)值預測。[4]。一種可能的解釋是粘性流體模型和假設，塑化區(qū)的寬度是不斷在整個摩擦界面。在旋轉摩擦焊機，摩擦熱輸入不分布均勻acrossthe摩擦界面，從而影響寬度塑化區(qū)。另一個原因可能在于，實現(xiàn)了在數(shù)學模型中使用</p><p>　　在

12、這項工作中所研究的材料是鈦6AL4V（IMI的318），最常用的鈦合金在航空航天工業(yè)。實驗采用高頻線性摩擦焊鉆機（見參考文獻[1]。實驗細節(jié)）在293 K（室溫）和當時的大氣條件。振蕩幅度為0.92和3毫米，探討的頻率范圍是從10到199赫茲。</p><p>　　因此，本文的目的是研究Ti6AL4V線性摩擦焊的擠壓階段，有關閃光的形態(tài)結構過程中的熱輸入模式。從旋轉摩擦焊接調整，以適應線性摩擦焊接條件的分析模型，

13、提出估計的應變速率，塑化材料，在經(jīng)歷了從實驗觀察的現(xiàn)象學常數(shù)的接口。</p><p>　　2.擠壓階段的過程線性摩擦焊接電源輸入，是足以讓一個地區(qū)塑料原料摩擦界面的整體跨越發(fā)展。從這個塑化面積，材料是擠壓形成閃光燈。一個成功的焊縫被定義為一個有永久粘連程度。所有成功的鈦6AL4V焊接證明從閃光燈長度在運動方向的聯(lián)合雙方可觀的閃光。擠壓有望出現(xiàn)在中間點的振蕩，而不是極端的立場，摩擦速度是在其最高值，因此產生的熱量

14、是最大。這增加了溫度瞬間造成更多的物質產生。結果表明這種模式產生閃光（圖3）宏觀檢查。閃光燈不具有厚度均勻，但在脊的形式出現(xiàn)。從試樣的非移動雙方的運動方向平行的擠壓問題，也顯示一些脊證據(jù)。由于沒有運動方向的標本，可以得出結論，在逐步時尚的軸向縮短收益。這個抽水行動的效果，材料的產量和脈沖擠壓，因此只熱影響區(qū)，靠近接口。</p><p>　　閃光燈用掃描電子顯微鏡檢查顯示，在每一個閃光材料（圖4）脊頂部的凹槽，在循

15、環(huán)過程中材料擠壓在那個時間點下降。這也是在圖3中可見。</p><p>　　在試樣的軸向縮短的痕跡，也可以找到進一步的證據(jù)材料是擠壓在pumplike模式，而不是繼續(xù)時尚。在這個過程中，在振蕩運動的垂直方向的固定夾頭的軸向位移監(jiān)測。如果由于擠壓軸向縮短軸向位移信號的每個周期的移動平均線減去從跟蹤，建立的夾頭垂直方向staionary的動態(tài)運動運動（圖5）。試樣的正弦運動相比，它可以證明，在 極端點的振蕩，夾頭中

16、間點距離最遠，夾頭是一個中性點。作為夾頭返回兩個標本是一致的振蕩的中間點，夾頭移動對其他標本中提取塑料材質，和擠壓后，返回到中性點在其他極端的立場。這也是這個抽水行動發(fā)生在沿振動方向相同點后小幅振蕩中，顯示。這表明，在接口上最熱的部分完全不發(fā)生在中心。</p><p>　　在擠壓成型形狀，閃光燈連接標本的角落周圍，表明界面材料領域，在這個過程中，它已成為塑料是統(tǒng)一的和不可分割的。在這種情況下，焊縫的真實面積等于試

17、樣的橫截面積。在閃光燈沒有形成的情況下，擠出的問題沒有連接周圍的角落。在這種情況下，真實的焊縫區(qū)被認為是小于試樣的橫截面積。</p><p>　　2.1。過程熱輸入模型</p><p>　　線性摩擦焊摩擦熱輸入的變化隨著時間的推移，作為兩個標本正弦移動。接口上施加的剪應力（τ）= μPN （1） </p>

18、<p>　　其中μ為摩擦系數(shù)和PN是正常的壓力。每個周期產生的熱量單位界面面積率（q）</p><p><b>　　q=τv（2）</b></p><p>　　其中v是摩擦速度。通過式（1），式(2)。得出</p><p>　　q=μPNv (3)</p><p>　　從式（3），可以看出，正常壓力PN的變化

19、，這會影響熱輸入. 正常力模具彈簧的應用[1]和材料擠壓是不連續(xù)的循環(huán)過程中保持恒定。但作為兩個工件運動的變化，由于重疊之間的接觸面積，以及正常壓力振蕩。隨著速度（v）隨時間的變化：</p><p>　　v=χωcos(ωt) (4)</p><p>　　χ是振蕩幅度，ω角速度，那正常的力是</p><p>　　PN= = (5)</p><

20、;p>　　Ffr是摩擦力和W是試樣的長度，L是寬度。那么式（3）產生的摩擦熱將會是：</p><p><b>　　q= (6)</b></p><p>　　（6）式的第二部分，因此受到的瞬時熱輸入。對時間繪制這個規(guī)范化的摩擦熱量長期比較兩個不同幅度的振蕩（0.5和5毫米）振蕩在5 Hz（圖6）標本的位移，可以看出，振幅較大振蕩轉移從接口的中間點的熱輸入

21、曲線的效果。最大熱輸入不發(fā)生任何再在中間點的振蕩，但在這之前的時間點。這在同一周期的一半被對稱地分布在每一個周期的一半，而不是增加熱輸入集中的效果。</p><p>　　在實驗中也觀察到的最大熱輸入的轉變。振動運動的固定夾頭（圖5）表明，從同一地區(qū)，稍遠離振蕩的中間點的接口最大抽水發(fā)生。</p><p>　　這種位移是不相關的線性摩擦發(fā)生的不穩(wěn)定。這可以出現(xiàn)在擠壓階段，由于溫度分布不均勻，

22、沿試樣的非移動端（圖2）。如果溫度增加一個接口部分，塑化層厚度在這一節(jié)中，擠出更多的物質。這可能會導致接口從原來的平面旋轉。這種不規(guī)則行為的起源可以歸因于標本的初始失調。然而，即使是最小的差異可能會從該地區(qū)轉移現(xiàn)場，摩擦界面上的最高溫度出現(xiàn)在那里，在雙方之間的標本平行運動的中間，對這些方面的一側。這產生的溫度分布不均，造成進一步的接口旋轉[5]。</p><p><b>　　3.物質流模型</b&

23、gt;</p><p><b>　　3.1.本構方程</b></p><p>　　在第三階段的擠壓，摩擦材料所遇到的應變率必須受到振蕩的幅度和頻率，以及界面形成的熱影響區(qū)的大小。這些應變率將經(jīng)歷在一個狹窄的區(qū)域，相鄰的摩擦界面材料。他們將不可避免地影響熱物質的產生。如果應變速率高到足以限制在屈服應力的材料由于溫度下降，可塑性會不會出現(xiàn)物質擠出未能成行。</p

24、><p>　　熱影響區(qū)（HAZ）的摩擦界面可分為以下幾個部分（圖7）類似的旋轉摩擦焊接模型[3]分為：</p><p>　　在界面上的塑料部分。摩擦速度v0，軸向縮短速度喲和開除率從標本固定材料應變率的影響。本節(jié)的存在是由于材料擠壓成閃光燈。</p><p>　　部分變形的部分。軸向縮短速度v0和開除率從標本固定材料的塑性變形是有限的。</p><p

25、>　　假設穩(wěn)態(tài)條件下，在擠壓階段（三），已達到有效恒定的軸向縮短率，。據(jù)推測，這些區(qū)域的大小或形狀不隨時間變化。它也被認為試樣的彈性部分支持的塑性變形部分。另一個是簡化的假設，材料連續(xù)擠壓，由于標本的運動。</p><p>　　應變速率在分配利益的部分，可以計算出速度方程，滿足了系統(tǒng)的邊界條件。笛卡爾流速剖面沿界面假定按照變形的部分資料。擠壓材料被認為是摩擦壓力，從而擠出材料試樣的所有面孔，和振蕩運動的綜合

26、效應。后者則是假設影響的運動方向的速度剖面，不存在旋轉摩擦焊接（相比文獻[3]）。可以制定以下的動可容速度方程在直角方向（對比極地制定[3]。）：</p><p>　　其中z是垂直方向的運動，x的運動方向和y從接口在熱影響區(qū)的軸向距離; VX，VY，VZ相應在這些方向的速度分量; V0軸向縮短速度，x的距離從接口，ypl塑性區(qū)的寬度，h為塑性區(qū)的總寬度。ζ是一個無量綱的長期應變率分布的特點，

27、在塑料部分，β另一個量綱長期特征閃光的形狀和Φ一個無量綱的長期特征的塑性區(qū)的速度分布。</p><p>　　方程（7）表明，它在變形的材料邊界的最低值從零提高到一個VZ= bvo2z/ W最大值在摩擦界面VZ。該在VX運動方向的速度分量包含兩部分組成。第一等于VZ，另一方面是由于振蕩運動。</p><p>　　在附錄A中詳細介紹這些方程的解決提供了一個在直角方向的應變率的估計&l

28、t;/p><p>　　量綱長期ρS可以通過測量長度（l）在y = 0的擠壓問題進行評估。閃光燈過程中產生的軸向縮短時間（taxial），這是小于總的焊接時間。則L在 vz運動（公式（A18））以上taxial的整合在垂直方向的速度分量，可以計算出：</p><p>　　3.2。應變率的預測</p><p>　　模型線性摩擦焊的應用程序需要的無量綱參數(shù)ξ的估計。

29、此參數(shù)的影響振蕩方向的速度場的形式。 估計它的價值可以在中心的速度分量的差異標本：</p><p>　　利用這些方程，應變率的主要組成部分，計算為0.92毫米65和100赫茲的頻率和振蕩幅度（見圖8 xx和zz方向的應變率的預測）做了兩個實驗。</p><p>　　振蕩頻率較高的影響，預計在兩個方向上的應變率。當振蕩頻率為100 Hz，應變速率組件低于3.5s-1. 利

30、用這一分析模型，它表明高應變率在界面上遇到了越來越多的振蕩頻率。對于摩擦的接口，以達到高產的條件增加了摩擦的壓力將需要的材料是應變率敏感。隨振蕩頻率的要求，輸入功率的增加，在實驗中觀察到119赫茲[1]。</p><p><b>　　4.結論</b></p><p>　　基于與Ti6AL4V線性摩擦焊做過實驗，在擠壓階段總結了一些結論：</p><

31、p>　　1.塑料材料擠壓在摩擦界面的非連續(xù)模式，產生了一系列閃光脊。</p><p>　　2.塑料材料從最熱門的領域的摩擦界面被驅逐到閃光內</p><p>　　3.在界面上的摩擦熱輸入取決于振幅。從接口中移動距離增加由于振蕩幅度重疊的地方發(fā)展的最大熱輸入。</p><p>　　4.從接口中的最高溫度的變化證實了閃光的形態(tài)結構，利用SEM照片和振動運動的固定夾

32、頭痕跡的。</p><p>　　5.聯(lián)此位移是不相關的線性摩擦焊，這是關系到標本錯位發(fā)生的不穩(wěn)定。</p><p>　　6.使用的實驗數(shù)據(jù)，應變率進行了預測。分析模型表明，應變速率的振蕩頻率的影響，塑料材質的接口暴露。這是特別重要的考慮因素時，焊接應變率敏感材料，如Ti6AL4V。</p><p><b>　　參考文獻</b></p&g

33、t;<p>　　[1] A. Vairis, M. Frost, Wear 217 (1998) 117–131.</p><p>　　[2] R.E. Craine, A. Francis, Wear 114 (1987) 355–365.</p><p>　　[3] O.T. Midling, O. Grong, Acta Metall. Mater. 42 (1994)

34、 1595–1609.</p><p>　　[4] M. Soucail, A. Moal, L. Naze, E. Massoni, C. Levaillant, Y. Bienvenu, in: S.D. Antonovich, R.W. Stusrud, R.A. MacKay, D.L. Anton, T. Khan, R.D. Kissinger, D.L. Klarstrom (Eds.), Supe

35、ralloys 1992, The Minerals, Metals and Materials Society,</p><p>　　Materials Park, OH, 1992, pp. 847–856.</p><p>　　[5] A. Vairis, High frequency linear friction welding, Ph.D. thesis, University