Une nouvelle méthode d’impact 3-D crée une combinaison hybride d’acier et d’aluminium

L’acier et l’aluminium sont des acteurs majeurs du soutien à los angeles croissance économique, mais les matériaux qui les rejoignent restent inexplorés en raison de los angeles fragilité de leurs zones de fusion. Une nouvelle méthode d’impact 3-D pourrait être une étape vers une renaissance hybride acier-aluminium.

Une nouvelle méthode d’impact 3-D a réduit les zones fragiles de l’acier et de l’aluminium à moins de 2 microns, surmontant ainsi un impediment majeur à l’intégration de ces géants dans les secteurs de l’car, de l’aérospatiale et des infrastructures opinions.

Ces deux métaux se disputaient leurs portions de marché, notamment dans l’industrie car. L’acier est plus résistant et moins cher. Mais l’aluminium présente un meilleur rapport résistance/poids. L. a. combinaison des deux peut permettre de gagner du poids sans sacrifier l’intégrité structurelle, ce que les constructeurs cars apprécient automobile cela représente une étape vers los angeles réduction des émissions de carbone. Cependant, los angeles fusion de l’acier et de l’aluminium reste largement inexplorée en raison du composé intermétallique fragile (IMC) qui se forme à los angeles rencontre de leurs propriétés métalliques contrastées.

« Le défi de los angeles combinaison d’alliages d’aluminium avec des matériaux ferreux, comme l’acier inoxydable utilisé dans notre étude, est de former un complexe intermétallique très fragile. Pour améliorer los angeles résistance des joints, los angeles méthode de collage doit empêcher l’IMC de se former en un complexe intermétallique très fragile. positive couche.” a déclaré Motomichi Yamamoto, co-responsable de los angeles recherche et professeur à los angeles Graduate College of Complicated Science and Engineering de l’Université d’Hiroshima.

Lui et ses collègues ont développé une méthode d’impact 3-D qui mix los angeles technologie du fil chaud, des lasers à diode et des flux (qui facilitent los angeles diffusion et los angeles fusion correctes des métaux en empêchant une oxydation nocive) pour contrôler l’épaisseur de l’IMC dans les zones de jointure de l’acier inoxydable et des alliages d’aluminium ( aluminium, magnésium). ).

Ils ont présenté leurs conclusions lors de los angeles 76e assemblée annuelle de l’World Welding Institute et de los angeles conférence internationale sur le soudage et l’assemblage, qui se sont tenues en juillet au centre de congrès Marina Bay Sands à Singapour.

Remark ça fonctionne

Grâce à los angeles méthode du fil chaud, les chercheurs ont chauffé les alliages d’aluminium près de leur level de fusion avant de les déposer dans le bain de fusion. Cette piscine irradiée au laser est une zone locale où fusionnent des minéraux différents.

Pour tester deux méthodes d’software de flux, ils ont utilisé différents fils en alliage d’aluminium : le fil plein et le fil fourré (FCW). Dans le premier cas, où le flux de chlorure était appliqué sur une plaque de base en acier inoxydable austénitique de 15 mm de diamètre, le fil solide sans flux était utilisé. Dans los angeles seconde, ils sont passés au FCW comme supply de flux et ont laissé los angeles plaque de base nue.

Ils ont évalué différentes tailles de issues laser et vitesses de traitement pour déterminer quelle combinaison était los angeles plus efficace pour activer le flux, réduire los angeles formation d’IMC et obtenir des impressions précises et cohérentes. Ils ont obtenu los angeles formation de perles los angeles plus cohérente en utilisant une distance de défocalisation laser de +15 mm. Tout ce qui dépasse cela entraîne un écoulement excessif avant los angeles fusion et une agglomération de gouttes d’aluminium à l’extrémité du fil d’apport, perturbant ainsi los angeles formation des billes.

Ils ont également constaté que los angeles modélisation à basse vitesse était los angeles meilleure, réduisant les IMC à 1 à 2 microns lorsque los angeles vitesse d’impact était réglée à 1 mètre par minute (m/min).

Ensuite, ils ont évalué l’effet de los angeles puissance laser sur l’apparence des billes et l’amplitude IMC. L’équipe a utilisé une vitesse de traitement constante de 1,5 m/min au cours de ces expériences. Ils ont constaté que les paramètres de puissance du laser n’ont pas d’effet significatif sur l’épaisseur de l’IMC mais sont un facteur de forme des billes.

L. a. puissance laser de 4,7 kW était trop faible et entraînait des défauts au centre de los angeles perle. Cependant, le faire fonctionner à 6 kilowatts s’est avéré excessif, entraînant des vapeurs et des perles instables. Les défauts de cordon ont été résolus au level idéal de 5 kW et 5,5 kW.

Les chercheurs ont découvert que los angeles taille du level laser est un facteur dans l’activation du flux plaqué sur los angeles base en acier inoxydable. Dans le même temps, ils ont découvert que los angeles puissance du laser détermine los angeles taille du bain de fusion dans l’approche FCW.

Check d’étalonnage optimum

Sur los angeles base de leurs résultats, l’équipe a appliqué des formulations optimisées et fabriqué un échantillon pour chaque méthode d’alimentation en flux afin de tester los angeles résistance à los angeles traction. Les deux échantillons sont constitués de neuf couches d’aluminium et chaque pile mesure 12 mm de haut. Les chercheurs ont utilisé du fil solide pour les couches suivantes dans les deux échantillons.

Des étalonnages améliorés ont permis d’obtenir des liaisons en acier inoxydable et en aluminium qui ont résisté à des pressions de séparation allant jusqu’à 17 404,5 psi en moyenne. Leurs couches IMC ont également été supprimées à moins de 2 microns.

En observant les fractures subies par les échantillons au microscope électronique à balayage, les chercheurs ont découvert ce qui distingue les liaisons fortes des liaisons faibles. Les échantillons qui nécessitaient le plus de power pour se désintégrer présentaient des fossettes, indiquant une fracture ou une instabilité ductile. Cela se produit dans les matériaux hautement plastiques qui sont plus susceptibles de se déformer que de se briser lorsqu’ils sont soumis à des contraintes excessives. Une fois qu’il ne supporte plus los angeles déformation, il se brise brusquement.

Pendant ce temps, ceux avec los angeles power de particules los angeles plus faible sont apparus. L’analyse par spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie a révélé los angeles présence d’oxydes et d’éléments de flux tels que le potassium, le fluor et le carbone dans les molécules. Cela indique que los angeles faible liaison est due au piégeage du flux et à d’autres défauts à l’interface.

Les chercheurs espèrent que leur méthode contribuera à déclencher une renaissance des conceptions combinant l’aluminium et l’acier.

“Nous espérons que ce nouveau processus contribuera à créer des conceptions de produits innovantes et des améliorations révolutionnaires des performances des produits en permettant une liaison directe à haute résistance de l’acier inoxydable et des alliages d’aluminium”, a déclaré Yamamoto.