特性劣化のないAl／Fe接合体の設計・制御のための界面層強度発現機構の解明

阐明界面层强度发展机制，用于设计和控制 Al/Fe 接头而不导致性能恶化

基本信息

批准号：
21H01662
负责人：
佐藤裕
金额：
$ 11.4万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01662/
关键词：
溶接・接合異材接合

项目摘要

種々の合金元素を含むAl合金板と鋼を接合し、接合体の引張せん断試験を実施した結果、接合体は接合界面で破断するが、元素添加により引張せん断強度は上昇した。特にNi添加、Ni＋Si複合添加とNi＋Zn複合添加が効果的であったことから、Al/Fe接合界面での変形・破壊に及ぼすNi添加の影響について調べた。X線トモグラフィによる接合界面でのき裂発生・進展を調べた結果、き裂は界面層（Fe2Al5）端部から発生して、界面層内部をジグザグに進展し、き裂発生に要した荷重はNi添加とともに増加した。界面層へビッカース圧子を打つことで発生した複数のき裂の発生箇所を調べた結果、き裂は金属間化合物の結晶粒組織と無関係に進展することが分かり、Ni添加による違いは見られなかった。界面層の組織を詳細に調べた結果、Ni添加の有無にかかわらず、界面層は主にFe2Al5とFeにより構成され、FeはFe2Al5内に島状に分布し、Fe側へ近づくにつれてFe量は増加していた。界面層でのき裂進展を詳しく調べると、き裂はFe2Al5で発生・進展し、Fe相を迂回していた。また、Ni添加に伴い、Fe2Al5が微細化した結果、微細なFe相がより均一に分布していたことから、Ni添加に伴う強度上昇はFe2Al5の微細化に伴うFe相の微細分散に起因していることが明らかとなった。さらに、界面層が厚くなると、Al側に近いFe2Al5のFe相周辺にボイドが形成され、ボイドの量は界面層の厚さとともに増加し、ボイドはき裂の発生・進展に影響していることが示唆された。以上のことから、Fe2Al5内におけるFe相とボイドの分布がAl/Fe接合体の強度支配因子となっている可能性が高く、これらの制御により継手強度の向上に有効なことが示唆された。

将钢连接到包含各种合金元件的AL合金板上，并在关节体上进行了拉伸剪切测试，尽管关节体在关节界面处骨折，但由于添加了元件，拉伸剪切强度提高了。特别是，Ni，Ni+Si复合物添加和Ni+Zn复合物是有效的，并且研究了Ni添加对Al/Fe连接界面上变形和断裂的影响。由于X射线断层扫描检查了接线界面处的裂纹启动和进展，在接口层的边缘（Fe2al5）的边缘产生了裂纹，界面层内的锯齿形散布以及随着NI的添加而增加了裂纹启动所需的载荷。当我们通过击中界面层上的维克斯缩进器来研究产生的多个裂纹的位置时，我们发现裂纹的进展独立于金属间化合物的晶粒结构，并且由于添加了Ni而没有观察到差异。在对界面层的结构进行了详细研究之后，发现界面层主要由Fe2al5和Fe组成，无论是否添加了Ni，并且Fe2al5内的岛屿样方式分布，Fe的数量随着Fe侧而增加。当详细检查界面层中的裂纹生长时，在Fe2al5中产生并开发了裂纹，并绕过了FE相。此外，由于添加了Ni，FEE2AL5较为细，因此FE相分布得更均匀，很明显，由于添加Ni而引起的强度的增加是由于FE2AL5较细的Fe2Al5而引起的Fe阶段的良好分散。此外，随着界面层变得更厚，在Al侧附近Fe2al5的Fe相位周围形成空隙，并且空隙的量随界面层的厚度而增加，这表明空隙会影响裂纹的形成和进展。从上面的角度来看，Fe2al5中Fe相和空隙的分布很可能是控制Al/Fe关节强度的一个因素，并且建议这些对照有效地提高关节强度。