·484 工程科学学报，第40卷，第4期 更加严重.采用美国FEI公司制造的X射线能谱仪 学，2009,11(9)：20) 对图10(b)区域K点进行元素分析，如图11所示， Li Y B,Li Y T,Lou M,et al.Lghtweighting of car body and its 可知所检测区域磨屑中含有钛、铝、锌、锡等元素，锌 challenges to joining technologies.J Mech Eng,2012,48(18): 44 和锡元素来源于铆钉镀层，铝和钛元素则来源于上 (李永兵，李亚庭，楼铭，等.轿车车身轻量化及其对连接技 下板，分析表明所观测的微动斑和磨屑为微动磨损 术的挑战.机械工程学报，2012,48(18)：44) 的产物.由此可知，对于中长寿命区的AT接头，微 B] Li Z.Applications of titanium and titanium alloys in automotive 动磨损主要发生在两板之间和铆钉脚与下板内锁区 field.Chin J Nonferrous Met,2010,20(Special 1):s1034 域，微动导致疲劳裂纹在铆钉腿部及接头应力集中 (李中.钛及钛合金在汽车上的应用.中国有色金属学报 2010,20(专辑1)：s1034) 点萌生，随着裂纹不断扩展最终导致接头断裂失效 [4]Li J F,Zheng Z Q,Chen Y L,et al.Al-i alloys and their appli- 3.4r cation in aerospace industry.Aerosp Mater Technol,2012,42(1): 13. 27 AlKa SnLa (李劲风，郑子樵，陈永来，等.铝锂合金及其在航天工业上 的应用.字航材料工艺，2012,42(1)：13) 20 [5]He X C,Pearson I,Young K.Self-pierce riveting for sheet mate- 1.3 rials:state of the art.J Mater Process Technol,2008,199(13): 27 6]Huang L,Shi Y D,Guo H D,et al.Fatigue behavior and life prediction of self-piercing riveted joint.Int Fatigue,2016,88: TiKb ZnKb 96 2 4 6 810121416 能量keV ]He X C,Zhao L,Deng C J,et al.Self-piercing riveting of similar and dissimilar metal sheets of aluminum alloy and copper alloy. 图11AT失效试样K点能谱 Mater Des,2015,65:923 Fig.11 Spectrum of Point K on the lower sheet of AT joints [8]Lu Y,He X C,Wang Y F,et al.Effect of local heat treatment on the mechanical properties of steel-titanium self-piecing riveted 3 结论 joints.Meter Rev,2015,29(5):120 (卢毅，何晓聪，王医锋，等.局部热处理对钢一钛自冲铆接头 (1)TA1纯钛板和AL1420铝锂合金板通过自 力学性能的影响.材料导报，2015,29(5)：120) 冲铆接技术能够实现其有效连接，其中TA接头的 ] Chung C S,Kim H K.Fatigue strength of self-piercing riveted 静力学性能更优，TA接头的静失效载荷均值为 joints in lap-shear specimens of aluminium and steel sheets.Fa- 5.677kN,大于AT接头(4.818kN),其能量吸收值 tigue Fract Eng Mater Struct,2016,39 (9):1105 [1o] Zhao L,He X C,Xing B Y,et al.Influence of sheet thickness 为13.7J,大于AT接头(12.3J). on fatigue behavior and fretting of self-piereing riveted joints in a- (2)上下板组合方式对接头疲劳性能影响较 luminum alloy 5052.Mater Des,2015,87:1010 大，根据S一V曲线可知AT接头在短寿命区和中长 [11]Gay A,Lefebvre F,Bergamo S,et al.Fatigue performance of a 寿命区的疲劳寿命均大于TA接头，在中寿命区这 self-piercing rivet joint between aluminum and glass fiber rein- 一特征尤为明显；总体上，AT接头疲劳性能优于TA forced thermoplastic composite.Int J Fatigue,2016,83:127 [12]Deng C J,He X C,Zhou S,et al.Study on fatigue behavior of 接头，接头的疲劳性能与静力学性能不具有一致性. singleap self-piercing riveted joints of aluminum and copper al- (3)TA接头疲劳失效形式为下板断裂，疲劳裂 loy dissimilar sheet materials.Hot Work Technol,2013,42(17):20 纹萌生于靠近铆钉脚处的板材区域，随后沿着板宽 (邓成江，何晓聪，周森，等.铝一铜合金异质材料单搭自冲 方向扩展，最终导致下板完全断裂.AT接头在短寿 铆接头疲劳特性研究.热加工工艺，2013,42(17)：20) 命区因铆钉断裂失效，铆钉的断口属于脆性疲劳断 3] Gao Z T,Fu H M,Liang M X.A method for fitting S-V curve. 裂；在中长寿命区出现铆钉断裂和下板断裂的混合 JBeijing Inst Aeron Astron,1987(1):115 失效形式，疲劳裂纹从下板一端萌生，沿着板宽向另 (高镇同，傅惠民，梁美训.S-V曲线拟合法.北京航空学院 学报，1987(1)：115) 端方向扩展，最终导致下板断裂失效. [14]Zhong Q P,Zhao Z H.Fractography.Beijing:Higher Education Pres5,2006 参考文献 (钟群鹏，赵子华.断口学.北京：高等教育出版社，2006) [1]Ma M T,Yi H L,Lu HZ,et al.On the lightweighting of automo- 15]Chen Y K,Han L,Chrysanthou A,et al.Fretting wear in self- bile.Eng Sci,2009,11(9):20 piercing riveted aluminium alloy sheet.Wear,2003,255(7- (马鸣图，易红亮，路洪洲，等.论汽车轻量化.中国工程科 12):1463工程科学学报，第 40 卷，第 4 期 更加严重． 采用美国 FEI 公司制造的 X 射线能谱仪 对图 10( b) 区域 K 点进行元素分析，如图 11 所示， 可知所检测区域磨屑中含有钛、铝、锌、锡等元素，锌 和锡元素来源于铆钉镀层，铝和钛元素则来源于上 下板，分析表明所观测的微动斑和磨屑为微动磨损 的产物． 由此可知，对于中长寿命区的 AT 接头，微 动磨损主要发生在两板之间和铆钉脚与下板内锁区 域，微动导致疲劳裂纹在铆钉腿部及接头应力集中 点萌生，随着裂纹不断扩展最终导致接头断裂失效． 图 11 AT 失效试样 K 点能谱 Fig． 11 Spectrum of Point K on the lower sheet of AT joints 3 结论 ( 1) TA1 纯钛板和 AL1420 铝锂合金板通过自 冲铆接技术能够实现其有效连接，其中 TA 接头的 静力 学 性 能 更 优，TA 接头的静失效载荷均值为 5. 677 kN，大于 AT 接头( 4. 818 kN) ，其能量吸收值 为 13. 7 J，大于 AT 接头( 12. 3 J) ． ( 2) 上下板组合方式对接头疲劳性能影响较 大，根据 S--N 曲线可知 AT 接头在短寿命区和中长 寿命区的疲劳寿命均大于 TA 接头，在中寿命区这 一特征尤为明显; 总体上，AT 接头疲劳性能优于 TA 接头，接头的疲劳性能与静力学性能不具有一致性． ( 3) TA 接头疲劳失效形式为下板断裂，疲劳裂 纹萌生于靠近铆钉脚处的板材区域，随后沿着板宽 方向扩展，最终导致下板完全断裂． AT 接头在短寿 命区因铆钉断裂失效，铆钉的断口属于脆性疲劳断 裂; 在中长寿命区出现铆钉断裂和下板断裂的混合 失效形式，疲劳裂纹从下板一端萌生，沿着板宽向另 一端方向扩展，最终导致下板断裂失效． 参 考 文 献 ［1］ Ma M T，Yi H L，Lu H Z，et al． On the lightweighting of automo￾bile． Eng Sci，2009，11( 9) : 20 ( 马鸣图，易红亮，路洪洲，等． 论汽车轻量化． 中国工程科 学，2009，11( 9) : 20) ［2］ Li Y B，Li Y T，Lou M，et al． Lghtweighting of car body and its challenges to joining technologies． J Mech Eng，2012，48( 18) : 44 ( 李永兵，李亚庭，楼铭，等． 轿车车身轻量化及其对连接技 术的挑战． 机械工程学报，2012，48( 18) : 44) ［3］ Li Z． Applications of titanium and titanium alloys in automotive field． Chin J Nonferrous Met，2010，20( Special 1) : s1034 ( 李中． 钛及钛合金在汽车上的应用． 中国有色金属学报， 2010，20( 专辑 1) : s1034) ［4］ Li J F，Zheng Z Q，Chen Y L，et al． Al--Li alloys and their appli￾cation in aerospace industry． Aerosp Mater Technol，2012，42( 1) : 13． ( 李劲风，郑子樵，陈永来，等． 铝锂合金及其在航天工业上 的应用． 宇航材料工艺，2012，42( 1) : 13) ［5］ He X C，Pearson I，Young K． Self-pierce riveting for sheet mate￾rials: state of the art． J Mater Process Technol，2008，199( 1-3) : 27 ［6］ Huang L，Shi Y D，Guo H D，et al． Fatigue behavior and life prediction of self-piercing riveted joint． Int J Fatigue，2016，88: 96 ［7］ He X C，Zhao L，Deng C J，et al． Self-piercing riveting of similar and dissimilar metal sheets of aluminum alloy and copper alloy． Mater Des，2015，65: 923 ［8］ Lu Y，He X C，Wang Y F，et al． Effect of local heat treatment on the mechanical properties of steel-titanium self-piecing riveted joints． Meter Ｒev，2015，29( 5) : 120 ( 卢毅，何晓聪，王医锋，等． 局部热处理对钢--钛自冲铆接头 力学性能的影响． 材料导报，2015，29( 5) : 120) ［9］ Chung C S，Kim H K． Fatigue strength of self-piercing riveted joints in lap-shear specimens of aluminium and steel sheets． Fa￾tigue Fract Eng Mater Struct，2016，39( 9) : 1105 ［10］ Zhao L，He X C，Xing B Y，et al． Influence of sheet thickness on fatigue behavior and fretting of self-piercing riveted joints in a￾luminum alloy 5052． Mater Des，2015，87: 1010 ［11］ Gay A，Lefebvre F，Bergamo S，et al． Fatigue performance of a self-piercing rivet joint between aluminum and glass fiber rein￾forced thermoplastic composite． Int J Fatigue，2016，83: 127 ［12］ Deng C J，He X C，Zhou S，et al． Study on fatigue behavior of single-lap self-piercing riveted joints of aluminum and copper al￾loy dissimilar sheet materials． Hot Work Technol，2013，42( 17) : 20 ( 邓成江，何晓聪，周森，等． 铝--铜合金异质材料单搭自冲 铆接头疲劳特性研究． 热加工工艺，2013，42( 17) : 20) ［13］ Gao Z T，Fu H M，Liang M X． A method for fitting S--N curve． J Beijing Inst Aeron Astron，1987( 1) : 115 ( 高镇同，傅惠民，梁美训． S--N 曲线拟合法． 北京航空学院 学报，1987( 1) : 115) ［14］ Zhong Q P，Zhao Z H． Fractography． Beijing: Higher Education Press，2006 ( 钟群鹏，赵子华． 断口学． 北京: 高等教育出版社，2006) ［15］ Chen Y K，Han L，Chrysanthou A，et al． Fretting wear in self￾piercing riveted aluminium alloy sheet． Wear，2003，255 ( 7- 12) : 1463 · 484 ·