부서지기 쉬운 Fe-Al 화합물의 존재는 강철/알루미늄 조인트의 성능을 제한합니다. Ti 포일 레이저 추가융합 용접DP590 이중상 강철 ~ 6022알류미늄합금은 강철-알루미늄 구성으로 겹쳐서 수행되었으며 Ti 포일은 계산된 형성 엔탈피, 깁스 자유 에너지 및 연성/취성을 기반으로 야금 반응을 개선하는 것으로 결정되었습니다. 강철/알루미늄 접합부의 미세 구조 및 특성에 대한 Ti 포일의 영향을 조사했습니다. 결과는금속간 화합물구조적 안정성이 높은 연성이 있는 Fe2Ti와 저취성 TiAl3를 주성분으로 하는 (IMCs)가 Steel 측과알류미늄측면은 각각. 계면에서 IMC 층의 두께가 감소했는데, 이는 Fe와 Al 사이의 반응이 억제되고 Fe-Al 화합물이 억제되었음을 의미합니다. 0.03mm-두께-Ti 포일을 추가한 경우 최대 하중 값은 1616.25N에 도달하여 추가하지 않은 경우에 비해 27% 향상되었습니다. 인장시험을 통해 평가한 기계적 성질의 개선과미세경도감소하는 것과 잘 일치한다.취성계산 결과로부터 예측되므로 조인트의 기계적 특성은 IMC의 연성/취성에 크게 좌우됩니다. 또한, 상부 이중상강의 열영향부(HAZ)에서의 연화를 방지하고 용융 풀의 입자를 미세화했습니다. 따라서 Ti 포일을 추가하면 강철/알루미늄 접합부의 성능이 크게 향상됩니다.
최근 온실효과 등 심각한 환경위기로 인해 국제적인 에너지 절약 및 배출 저감 실천이 전 세계적으로 주목받고 있습니다. 자동차 산업에서는 특히 강철/알루미늄 이종 금속으로 만든 경량 구조를 사용하여 무게를 줄이는 것이 효율적인 방법임이 입증되어 연구자들의 관심을 높이고 있습니다. 따라서 강철과 알루미늄 사이의 안정적인 연결을 얻는 것이 매우 중요합니다. 그러나 강철과 알루미늄은 녹는점, 열팽창계수 등과 같은 열적, 물리적 특성의 현저한 차이로 인해 용접 시 큰 어려움을 고려해야 합니다. 강철과 알루미늄의 용접 공정에서는 Fe와 Al의 반응으로 인해 부서지기 쉬운 Fe-Al 금속간 화합물(IMC)이 쉽게 형성되어 강철/알루미늄 접합부의 기계적 특성을 저하시킵니다. 따라서 금속학적 반응을 개선하여 접합 특성을 향상시키는 것이 필요합니다.
지금까지 강철과 알루미늄 접합에는 마찰교반용접, 폭발용접, 확산용접, 저항점용접 등의 고상용접과 TIG용접, 아크용접 등의 융합용접 등 다양한 용접기법이 사용되어 왔다. 용접, 레이저 용접 및 레이저 브레이징 용접. 고체 용접의 적용에 대해서는 Springer et al. 저탄소강과 Al{3}}wt.%Si의 마찰교반용접 시 Fe2Al5층의 두께에 따라 접합부의 인장강도가 조절되는 것을 발견하였다. Hanet al. AA1{54}}50 알루미늄 합금과 SS41 강재를 폭발 용접으로 접합할 때 FeAl3 상에 의해 균열이 발생함을 확인했습니다. Qiu et al. SPCC 강철에 대한 저항 점용접 A5052 알루미늄 합금을 조사한 결과 Fe2Al5 및 FeAl3로 구성된 IMC 층이 강철/알루미늄 경계면에 형성되었음을 발견했습니다. 그들은 조인트의 기계적 특성이 이러한 IMC에 의해 영향을 받지 않는다고 생각했습니다. 전통적인 융합 용접의 경우 Song et al. 5A06 알루미늄 합금과 SUS321 스테인레스 스틸을 용접하기 위해 TIG를 열원으로 사용했습니다. 그들은 접합부의 평균 인장 강도가 120MPa에 도달했으며 두께가 10μm를 초과할 때 eta-Fe2Al5 IMC의 취성 단계에서 균열이 발생한다고 선언했습니다. Huang et al. 5052 알루미늄 합금을 연강에 맞대기 접합하기 위해 MIG-TIG 양면 아크 용접 브레이징 기술을 적용한 결과, 브레이징 경계면에 라멜라 Fe2Al5와 침상 FeAl3이 존재하여 균열이 발생하는 것을 발견했습니다. 유사하게, Su et al. . 5052Al 합금과 아연도금 연강을 아크 용접을 통해 용접한 결과, IMC가 Fe2Al5, FeAl3 및 Fe3Al로 구성되어 있고 조인트가 Fe2Al5 상과 강판 사이의 경계면을 따라 파손되었음을 입증했습니다. 또한 Q235 저탄소강과 AA6061 알루미늄을 접합할 때 레이저 용접-브레이징 공법을 사용하여 Fe2Al5층으로 구성된 브레이징 계면에서 모든 접합부가 파손되었다. 위의 결과에 따르면, 어떤 용접 기술을 사용하든 강철/알루미늄 접합부의 파손은 주로 경계면에 형성된 취성 Fe2Al5 IMC에 의해 발생했습니다. 따라서 Fe-Al IMC의 형성을 줄이거나 억제하기 위한 새로운 접근 방식으로 강철과 알루미늄 사이에 중간층을 추가하여 야금학적 규제가 필요합니다. 대부분의 연구는 강철과 알루미늄을 접합할 때 중간층을 추가하는 이러한 종류의 용접 방법에 중점을 두었습니다. Songet al. Si를 첨가한 AISI 321 스테인리스강과 5A06 알루미늄을 TIG 용접 브레이징으로 접합하는데 성공하여 Fe-Al 상이 τ5-Al7.2Fe1.8Si 및 θ-Fe(Al, Si)3 상으로 변태되는 것을 발견했습니다. , 이는 조인트의 기계적 특성에 유리했습니다. Chenet al. Al0.9Ni1.1 상이 무첨가에 비해 접합부에 형성되어 계면에서의 금속 반응을 향상시키고 접합의 인성을 향상시킬 수 있음을 입증했습니다. Yang 등은 냉간 금속 전사 용접을 사용하여 알루미늄과 Zn 코팅 저탄소강을 용접했으며 강철 측면에 잔류 Zn의 존재로 인해 취성 AlxFey 상이 억제된다고 보고했습니다. 그러나 열역학적 특성과 고유 기계적 특성 계산을 이용한 층간 요소 선택에 대한 체계적인 연구는 보고된 바가 없습니다.
본 논문에서는 대체 원소와 Fe 및 Al로 구성된 다양한 이원계의 표준 몰 형성 엔탈피를 비교하여 합금 원소를 Ti로 결정했습니다. Ti 원소를 첨가한 후 가능한 상과 그 연성/취성은 첫 번째 원리 계산을 통해 예측되었습니다. Ti 포일을 추가한 DP590 이중 상강과 6022 알루미늄 합금의 레이저 융합 용접 실험은 알루미늄 대 알루미늄 중첩 구성에서 수행되었습니다. 강철/알루미늄 접합부의 미세 구조 및 특성에 대한 Ti 포일의 영향도 조사되었습니다. 연성이 있는 Fe2Ti와 저취성 TiAl3가 강철 측과 알루미늄 측에서 각각 발견되었으며, 경계면에서 IMC 층의 두께가 감소했습니다. 향상된 기계적 특성은 계산 결과에서 예측된 취성 감소와 일치합니다. 위의 연구를 통해 프로젝트 결과는 강철/알루미늄 융합 용접 구조 부품의 개발 및 적용에 대한 새로운 아이디어를 제공할 것입니다.
