Das Vorhandensein spröder Fe-Al-Verbindungen schränkt die Leistung der Stahl-Aluminium-Verbindung ein. Hinzufügen eines Ti-FolienlasersSchmelzschweißenvon DP590 Dualphasenstahl bis 6022AluminiumDie Legierung wurde in einer überlappenden Stahl-auf-Aluminium-Konfiguration durchgeführt, und es wurde festgestellt, dass Ti-Folie die metallurgischen Reaktionen basierend auf der berechneten Bildungsenthalpie, der freien Gibbs-Energie und der Duktilität/Sprödigkeit verbessert. Der Einfluss der Ti-Folie auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften der Stahl-/Aluminiumverbindung wurde untersucht. Die Ergebnisse zeigten dasintermetallische Verbindungen(IMCs), hauptsächlich duktiles Fe2Ti und TiAl3 mit geringer Sprödigkeit und hoher Strukturstabilität, wurden in Stahlseiten und -bereichen gebildetAluminiumSeite bzw. Die Dicke der IMC-Schicht an der Grenzfläche wurde verringert, was bedeutet, dass die Reaktionen zwischen Fe und Al eingeschränkt und Fe-Al-Verbindungen unterdrückt wurden. Der maximale Belastungswert erreichte 1616,25 N mit hinzugefügter Ti-Folie mit einer Dicke von 0,03 mm, was einer Verbesserung von 27 % im Vergleich zu der ohne Zugabe entspricht. Die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften wird durch Zugversuch und bewertetMikrohärtestimmt gut mit der Reduzierung von übereinSprödigkeitaus den Berechnungsergebnissen vorhergesagt, daher hängen die mechanischen Eigenschaften von Verbindungen weitgehend von der Duktilität/Sprödigkeit von IMCs ab. Darüber hinaus wurde eine Erweichung in der Wärmeeinflusszone (HAZ) im oberen Dualphasenstahl vermieden und die Körner im Schmelzbad wurden verfeinert. Daher wird die Leistung der Stahl-/Aluminiumverbindung durch die Zugabe von Ti-Folie erheblich verbessert.
In jüngster Zeit haben schwere Umweltkrisen wie der Treibhauseffekt die weltweite Aufmerksamkeit auf die Umsetzung internationaler Energieeinsparungen und Emissionsreduzierungen gelenkt. In der Automobilindustrie hat sich die Gewichtseinsparung, insbesondere durch den Einsatz von Leichtbaukonstruktionen aus Stahl/Aluminium-Mischmetallen, als effiziente Möglichkeit erwiesen und weckt das Interesse der Forscher. Daher ist es von großer Bedeutung, eine zuverlässige Verbindung zwischen Stahl und Aluminium herzustellen. Allerdings stellt das Schweißen von Stahl und Aluminium aufgrund ihrer deutlichen Unterschiede in den thermischen und physikalischen Eigenschaften, wie z. B. der Schmelztemperatur und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten usw., eine große Herausforderung dar. Beim Schweißen von Stahl und Aluminium entstehen aufgrund der Reaktion zwischen Fe und Al leicht spröde intermetallische Fe-Al-Verbindungen (IMCs), die die mechanischen Eigenschaften von Stahl-/Aluminiumverbindungen verschlechtern. Daher ist es notwendig, die Verbindungseigenschaften durch Verbesserung der metallurgischen Reaktion zu verbessern.
Bisher wurden für Stahl- und Aluminiumverbindungen verschiedene Schweißtechniken eingesetzt, darunter Festkörperschweißen wie Rührreibschweißen, Explosionsschweißen, Diffusionsschweißen und Widerstandspunktschweißen, aber auch Schmelzschweißen, beispielsweise WIG-Schweißen, Lichtbogenschweißen Schweißen, Laserschweißen und Laserlöten. Was die Anwendung des Festkörperschweißens betrifft, so haben Springer et al. fanden heraus, dass die Zugfestigkeit von Verbindungen durch die Dicke der Fe2Al5-Schicht beim Reibrührschweißen von kohlenstoffarmem Stahl und Al-5Gew.%Si gesteuert wurde. Han et al. bestätigte, dass die Rissbildung durch die FeAl3-Phase beim Verbinden der Aluminiumlegierung AA1050 mit SS41-Stahl durch Explosionsschweißen verursacht wurde. Qiu et al. untersuchten das Widerstandspunktschweißen einer A5052-Aluminiumlegierung an SPCC-Stahl und entdeckten, dass sich die IMCs-Schicht bestehend aus Fe2Al5 und FeAl3 an der Stahl/Aluminium-Grenzfläche bildete. Sie gingen davon aus, dass die mechanischen Eigenschaften der Verbindung durch diese IMCs nicht beeinträchtigt würden. Für das traditionelle Schmelzschweißen haben Song et al. verwendete WIG als Wärmequelle zum Schweißen der Aluminiumlegierung 5A06 und des Edelstahls SUS321. Sie erklärten, dass die durchschnittliche Zugfestigkeit der Verbindung 120 MPa erreichte und dass die Risse aus der spröden Phase von η-Fe2Al5-IMCs stammten, wenn ihre Dicke 10 μm überstieg. Huang et al. wandten die MIG-TIG-Doppellichtbogenschweiß-Löttechnik an, um die Aluminiumlegierung 5052 stumpf mit Weichstahl zu verbinden, und stellten fest, dass an der Lötschnittstelle lamellares Fe2Al5 und nadelförmiges FeAl3 vorhanden waren, was zur Entstehung von Rissen führte. In ähnlicher Weise haben Su et al. . Beim Schweißen von 5052Al-Legierung und verzinktem Weichstahl durch Lichtbogenschweißen konnten sie außerdem nachweisen, dass IMCs aus Fe2Al5, FeAl3 und Fe3Al bestanden und die Verbindungen entlang der Grenzfläche zwischen der Fe2Al5-Phase und dem Stahlblech gebrochen waren. Darüber hinaus versagten bei der Verbindung von kohlenstoffarmem Q235-Stahl mit AA6061-Aluminium alle Verbindungen an der Lötschnittstelle, die aus einer Fe2Al5-Schicht bestand. Basierend auf den obigen Ergebnissen wurde das Versagen der Stahl-/Aluminiumverbindung unabhängig von der verwendeten Schweißtechnik hauptsächlich durch die spröden Fe2Al5-IMCs verursacht, die sich an der Grenzfläche bildeten. Daher ist eine metallurgische Regulierung durch Hinzufügen einer Zwischenschicht zwischen Stahl und Aluminium als neuartiger Ansatz zur Reduzierung oder Hemmung der Bildung von Fe-Al-IMCs erforderlich. Die meisten Studien konzentrierten sich auf diese Art von Schweißmethode mit der Hinzufügung einer Zwischenschicht beim Verbinden von Stahl mit Aluminium. Lied et al. gelang es, Edelstahl AISI 321 und Aluminium 5A06 durch WIG-Schweißlöten mit Si-Zusatz zu verbinden und entdeckten, dass sich die Fe-Al-Phase in τ5-Al7.2Fe1.8Si- und θ-Fe (Al, Si)3-Phasen umwandelte , was sich positiv auf die mechanischen Eigenschaften der Verbindung auswirkte. Chen et al. zeigten, dass sich an den Verbindungsstellen eine Al0,9Ni1,1-Phase bildete, verglichen mit der Phase ohne Zusatz, was die metallurgische Reaktion an der Grenzfläche verbessern und die Zähigkeit der Verbindung erhöhen könnte. Yang et al. haben Aluminium und Zn-beschichteten kohlenstoffarmen Stahl mithilfe des Kaltmetalltransferschweißens geschweißt und berichtet, dass die spröde AlxFey-Phase aufgrund des Vorhandenseins von restlichem Zn auf der Stahlseite unterdrückt wurde. Es wurde jedoch keine systematische Studie zur Wahl des Zwischenschichtelements unter Verwendung thermodynamischer Eigenschaften und Berechnungen intrinsischer mechanischer Eigenschaften veröffentlicht.
In dieser Arbeit wurde das Legierungselement Ti durch Vergleich der standardmäßigen molaren Bildungsenthalpien verschiedener binärer Systeme bestimmt, die aus den alternativen Elementen Fe und Al bestehen. Die möglichen Phasen und ihre Duktilität/Sprödigkeit nach Zugabe des Ti-Elements wurden durch First-Principles-Berechnungen vorhergesagt. Die Experimente zum Laserschmelzschweißen von DP590-Dualphasenstahl an 6022-Aluminiumlegierung unter Zusatz von Ti-Folie wurden in einer überlappenden Stahl-auf-Aluminium-Konfiguration durchgeführt. Die Auswirkungen der Ti-Folie auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften der Stahl-/Aluminiumverbindung wurden ebenfalls untersucht. Duktiles Fe2Ti und TiAl3 mit geringer Sprödigkeit wurden auf der Stahlseite bzw. Aluminiumseite gefunden, die Dicke der IMC-Schicht an der Grenzfläche war verringert. Die verbesserten mechanischen Eigenschaften entsprechen der aus den Berechnungsergebnissen vorhergesagten verringerten Sprödigkeit. Durch die oben genannte Forschung werden die Projektergebnisse neue Ideen für die Entwicklung und Anwendung der schmelzgeschweißten Stahl/Aluminium-Strukturteile liefern.
