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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.jshcn.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行摩擦加熱，當(dāng)板材溫度上升到所需溫度時，再進行自沖鉚接。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)性能進行了比較。
實驗材料為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和疲勞試驗均在MTS810材料測試系統(tǒng)上進行。剪切拉伸速率為1.5mm/min，每一種接頭樣品試驗3～5個，得到剪切拉伸曲線及剪切強度。疲勞試驗時，以每一種樣品平均剪切強度的60%開始進行相應(yīng)樣品的恒載荷幅控制疲勞試驗，并逐級降低載荷幅，試驗進行到試樣斷裂為止，如果試樣的疲勞壽命到達5×106周仍未斷裂，則停止試驗。在每一個載荷水平上試驗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的正弦波載荷進行疲勞試驗。
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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