钛合金薄板自冲铆接工艺比较与失效分析

该研究论文《钛合金薄板自冲铆接工艺及失效行为研究》发表在2018年7月的《机械工程学报》上，由昆明理工大学创新制造技术研究所的张先炼等人撰写。文章探讨了在钛合金薄板中应用自冲铆接（Self-piercing Riveting, SPR）技术，主要关注了两个方面的改进策略：TH（降低板材硬度）和TR（提高铆钉硬度）。 论文首先介绍了基于自冲铆接技术的优势，这种工艺能够在不破坏板件完整性的情况下实现有效连接，适用于轻量化和高强度的应用场景。作者通过实验制备了TH和TR两种不同处理的钛合金自冲铆接头，旨在评估它们的连接性能和失效行为。 静力学性能测试结果显示，TH接头的静失效载荷和能量吸收能力优于TR接头，这意味着TH接头在承受静态载荷时表现出更强的稳定性。然而，从工程实践角度看，TR接头的接合方式可能更有实际应用价值，尽管其静态性能稍逊于TH接头。 疲劳性能方面，TR接头显示出更好的抗疲劳特性，显示出两组接头都经历了不同的疲劳失效形式，包括下板断裂和铆钉断裂。这提示设计者在选择适合的接头类型时需充分考虑材料的疲劳寿命。 进一步的微观结构分析，利用高真空扫描电镜(SEM)对TR接头的断口进行了详细观察，揭示了材料微观级别的失效机制。这有助于深入理解自冲铆接技术在钛合金薄板中的作用，以及如何优化设计以减少失效风险。 总结来说，这项研究提供了关于钛合金薄板自冲铆接工艺的重要见解，特别是在处理板材硬度和铆钉硬度时的不同效果，以及如何通过实验数据来优化连接性能和预测失效模式。这对于航空、航天和汽车等行业的轻量化设计具有重要的指导意义。然而，尽管TR接头在疲劳性能上有优势，但TH接头在静态载荷下的表现可能更适合某些特定的应用需求。