La existencia de compuestos frágiles de Fe-Al restringe el rendimiento de la unión acero/aluminio. Agregar láser de lámina de Tisoldadura por fusiónde acero bifásico DP590 a 6022aluminioLa aleación se realizó en una configuración de superposición de acero sobre aluminio y se determinó que la lámina de Ti mejora las reacciones metalúrgicas basándose en la entalpía de formación calculada, la energía libre de Gibbs y la ductilidad/fragilidad. Se investigó el efecto de la lámina de Ti sobre la microestructura y las propiedades de la unión acero/aluminio. Los resultados mostraron quecompuestos intermetálicos(IMC), principalmente Fe2Ti dúctil y TiAl3 de baja fragilidad con alta estabilidad estructural, se formaron en lados de acero yaluminiolado, respectivamente. Se redujo el espesor de la capa de IMC en la interfaz, lo que significa que se restringieron las reacciones entre Fe y Al y se suprimieron los compuestos Fe-Al. El valor de carga máxima alcanzó 1616,25 N con lámina de Ti de 0.03 mm de espesor agregada, lo que representa una mejora del 27 % en comparación con la que no se agregó. La mejora de las propiedades mecánicas evaluadas mediante ensayo de tracción ymicrodurezaestá de acuerdo con la reducción defragilidadpredicho a partir de los resultados del cálculo, por lo tanto, las propiedades mecánicas de las uniones dependen en gran medida de la ductilidad/fragilidad de los IMC. Además, se evitó el ablandamiento en la zona afectada por el calor (HAZ) en el acero de doble fase superior y se refinaron los granos en el baño fundido. Por lo tanto, el rendimiento de la junta de acero/aluminio mejora significativamente con la adición de lámina de Ti.
Recientemente, una grave crisis ambiental como el efecto invernadero ha llamado la atención mundial para implementar la conservación de energía y la reducción de emisiones a nivel internacional. En la industria automotriz, ahorrar peso, especialmente empleando estructuras livianas hechas de metales diferentes de acero y aluminio, ha demostrado ser una forma eficiente y despierta el interés de los investigadores. Por lo tanto, es de gran importancia obtener una conexión fiable entre el acero y el aluminio. Sin embargo, se debe considerar un gran desafío para soldar acero y aluminio debido a sus marcadas diferencias en propiedades térmicas y físicas, como la temperatura de fusión y el coeficiente de expansión térmica, etc. En el proceso de soldadura de acero y aluminio, se forman fácilmente compuestos intermetálicos (IMC) Fe-Al frágiles debido a la reacción entre Fe y Al, lo que deteriora las propiedades mecánicas de las uniones acero/aluminio. Por tanto, es necesario mejorar las propiedades de la unión mejorando la reacción metalúrgica.
Hasta ahora, se han utilizado diversas técnicas de soldadura para uniones de acero y aluminio, incluida la soldadura de estado sólido como la soldadura por fricción y agitación, la soldadura por explosión, la soldadura por difusión y la soldadura por puntos de resistencia, así como la soldadura por fusión, por ejemplo, la soldadura TIG, la soldadura por arco. Soldadura, soldadura láser y soldadura fuerte por láser. En cuanto a la aplicación de la soldadura de estado sólido, Springer et al. descubrieron que la resistencia a la tracción de las juntas estaba controlada por el espesor de la capa de Fe2Al5 durante la soldadura por fricción y agitación de acero con bajo contenido de carbono y Al-5% en peso de Si. Han et al. confirmó que el inicio de la grieta fue causado por la fase FeAl3 al unir la aleación de aluminio AA1050 al acero SS41 mediante soldadura por explosión. Qiu et al. investigó la soldadura por puntos de resistencia de aleación de aluminio A5052 con acero SPCC y descubrió que la capa de IMC que consiste en Fe2Al5 y FeAl3 se formó en la interfaz acero/aluminio. Pensaron que las propiedades mecánicas de la articulación no se veían afectadas por estos IMC. Para la soldadura por fusión tradicional, Song et al. utilizó TIG como fuente de calor para soldar aleación de aluminio 5A06 y acero inoxidable SUS321. Declararon que la resistencia media a la tracción de la unión alcanzaba los 120 MPa y las fisuras derivaban de la fase frágil de los IMC η-Fe2Al5 cuando su espesor superaba los 10 μm. Huang et al. aplicaron la técnica de soldadura por arco de doble cara MIG-TIG para unir a tope una aleación de aluminio 5052 con acero dulce, y descubrieron que el Fe2Al5 laminar y el FeAl3 en forma de aguja existían en la interfaz de soldadura fuerte, lo que provocaba el origen de las grietas. De manera similar, Su et al. . soldaron aleación 5052Al y acero dulce galvanizado mediante soldadura por arco, también demostraron que los IMC estaban compuestos de Fe2Al5, FeAl3 y Fe3Al y las uniones se fracturaron a lo largo de la interfaz entre la fase Fe2Al5 y la lámina de acero. Además, todas las uniones fallaron en la interfaz de soldadura fuerte compuesta de una capa de Fe2Al5 mediante el uso del método de soldadura fuerte con láser al unir acero con bajo contenido de carbono Q235 con aluminio AA6061. Según los resultados anteriores, sin importar qué técnica de soldadura se utilizó, la falla de la unión de acero/aluminio fue causada principalmente por los IMC frágiles de Fe2Al5 formados en la interfaz. Por lo tanto, es necesario que la regulación metalúrgica agregue una capa intermedia entre acero y aluminio como un enfoque novedoso para reducir o inhibir la formación de IMC de Fe-Al. La mayoría de los estudios se han centrado en este tipo de método de soldadura con la adición de una capa intermedia para unir acero con aluminio. Canción y col. logró unir acero inoxidable AISI 321 y aluminio 5A06 mediante soldadura TIG con Si agregado y descubrió que la fase Fe-Al se transformó en fases τ5-Al7.2Fe1.8Si y θ-Fe (Al, Si)3. , lo que fue beneficioso para las propiedades mecánicas de la articulación. Chen et al. demostró que se formó la fase Al0.9Ni1.1 en las uniones en comparación con la fase sin agregado, lo que podría mejorar la reacción metalúrgica en la interfaz y mejorar la tenacidad de la unión. Yang et al. soldaron aluminio y acero con bajo contenido de carbono recubierto de Zn mediante el uso de soldadura por transferencia de metal en frío e informaron que la fase frágil AlxFey se suprimió debido a la presencia de Zn residual en el lado del acero. Sin embargo, no se ha informado de ningún estudio sistemático sobre la elección del elemento entre capas utilizando propiedades termodinámicas y cálculos de propiedades mecánicas intrínsecas.
En este artículo, el elemento de aleación se determinó como Ti comparando las entalpías de formación molar estándar de diferentes sistemas binarios que constan de elementos alternativos y Fe y Al. Las posibles fases y su ductilidad/fragilidad después de agregar el elemento Ti se predijeron mediante cálculos de primeros principios. Los experimentos de soldadura por fusión láser de acero de doble fase DP590 a una aleación de aluminio 6022 con la adición de lámina de Ti se realizaron en una configuración de superposición de acero sobre aluminio. También se investigaron los efectos de la lámina de Ti sobre la microestructura y las propiedades de la unión acero/aluminio. Se encontraron Fe2Ti dúctil y TiAl3 de baja fragilidad en el lado de acero y en el lado de aluminio, respectivamente, y se redujo el espesor de la capa de IMC en la interfaz. Las propiedades mecánicas mejoradas corresponden a la menor fragilidad prevista en los resultados del cálculo. A través de la investigación anterior, los resultados del proyecto proporcionarán una nueva idea para el desarrollo y aplicación de piezas estructurales soldadas por fusión de acero y aluminio.
