铝合金塑性成形粗晶现象的研究进展

铝合金经过热塑性变形或者塑性变形+热处理后,可能发生晶粒异常长大而形成粗晶。粗晶会大幅降低构件的力学性能、耐腐蚀性能和抗疲劳性能,因此必须得到有效控制。对铝合金塑性成形粗晶的研究主要集中在2×××、6×××、7×××系热处理可强化型铝合金以及5×××系热处理不可强化型铝合金,研究内容已经覆盖塑性成形工艺、热处理制度、微观组织演变、数值仿真模拟等方面。为了明晰铝合金塑性成形构件粗晶现象的研究现状,为相关研究提供参考,对铝合金塑性成形粗晶现象的研究进展进行了梳理。首先,分析了材料成分、变形温度、变形速度、固溶温度、固溶时间和模具结构对晶粒异常长大的影响;其次,从晶粒取向分布、应变诱导储能和第二相钉扎作用的角度总结了晶粒异常长大的机理;再次,归纳了包括改变坯料初始状态、合理的锻造技术和中间形变热处理等有效抑制粗晶产生的方法;最后对未来的研究方向进行了展望。

6061铝合金FSW接头组织与耐蚀性能的研究

对4 mm厚的6061-T6铝合金板进行了搅拌摩擦焊接,通过浸泡腐蚀试验和电化学腐蚀试验研究焊缝腐蚀性能,采用金相显微镜、透射电镜等观察接头的微观组织。结果表明:6061铝合金FSW焊核区晶粒显著细化,晶界第二相较少;焊核区的耐剥落腐蚀和晶间腐蚀性能优于热影响区的;焊核区比热影响区的腐蚀电位较高,腐蚀电流密度较小,焊核区表现出更好的耐腐蚀性能。

时效处理对2195 Al-Li合金挤压型材腐蚀行为的影响

对2195铝锂合金分别进行欠时效(UA)、峰时效(PA)、双级时效(DA)和回归再时效(RRA)处理,观察并讨论其显微组织、晶间腐蚀(IGC)、剥落腐蚀(EXCO)和应力腐蚀开裂(SCC)行为。结果表明,合金经不同时效处理后,其IGC和EXCO耐蚀性顺序为:RRA>UA>DA>PA。PA和UA态的低耐蚀性主要是T_(1)相在晶界处连续析出形成连续的腐蚀通道引起的,而粗大不连续析出的T_(1)相以及较宽的无析出带导致的腐蚀通道中断是RRA态具有最佳耐蚀性的原因。RRA态合金表现出最好的抗应力腐蚀性能,抗应力腐蚀顺序为:RRA>DA>UA>PA。晶间T_(1)相的不连续析出促进了腐蚀裂纹穿过晶界进行扩展,从而提高了2195铝锂合金的抗应力腐蚀性能。

晶体取向对铝单晶的高温流变行为影响

采用Cube、Copper、S三种取向铝单晶(ASCs)在25~300℃、0.001~10 s-1条件下进行热模拟等温单轴压缩实验,获得三种取向ASCs在不同高温变形条件下的真应力-真应变曲线,建立其应变补偿高温变形本构方程以及热加工图。结果表明:不同晶体取向的ASCs的动态再结晶(DRX)程度存在显著差异,三种取向ASCs的DRX难度为:Cube>Copper>S。ASCs在等温单轴压缩过程中的流变应力随应变速率的减小与变形温度的升高而降低,各取向的最高流变应力水平为:Copper>S>Cube。各取向ASCs在变形过程中的微观组织演化耗能存在差异,其功率耗散率数值的大小顺序为:Cube>Copper>S。

退火温度对铸轧3003铝合金冷轧板带材冲压制耳率的影响

3003铝合金在铸轧工艺过程中,存在制耳率不理想的问题。基于此,以3003铝合金冷轧1 mm板带材为研究对象,并结合EBSD检测手段,研究了不同退火温度下3003铝合金冷轧板材冲制过程中制耳率与退火温度及织构组织之间的关系,并最终得出影响制耳率的关键因素。结果表明:3003铸轧产品冷轧退火后铝合金板材中的织构主要由Copper、Brass、S、Goss等形变织构和Cube、CubeND、P、R、黄铜R等再结晶织构组成,随着退火温度的升高,形变织构向再结晶织构的转变倾向增大,且显著伴随S型织构及R型织构的减少,Cube型及CubeND型织构的逐渐增加,当形变织构与再结晶织构比值在0.67~0.73时,冲压效果明显改善,制耳率效果理想。

预充氢金属疲劳损伤研究进展

在高压氢环境和疲劳荷载作用下,金属承载件会出现材料疲劳性能减损,甚至失效。对临氢构件开展原位氢疲劳损伤研究存在氢安全方面的困难,因此近年来多采用对预充氢金属进行疲劳性能研究的替代方式。简要概述了氢损伤机理,介绍了金属预充氢试验方法,总结了预充氢情况下氢对金属高、低周疲劳性能影响的实验结果;归纳了建立预充氢金属的疲劳寿命模型,对金属氢损伤开展定量分析的研究现状;最后讨论了通过改变临氢材料内氢的渗入量和存在形式来抑制氢对金属的影响来提高临氢材料疲劳寿命的几种方法。

金属空心球复合材料重力铸造工艺研究

基于对金属空心球复合材料的结构分析,采用金属型重力铸造法制备金属空心球复合材料。介绍了金属空心球复合材料金属型重力铸造工艺流程,并设计了一种成本低廉、简易成型、且能多次使用的金属型模具,且对金属空心球复合材料进行了实验试制及材料验证。结果表明,采用金属型重力铸造法能够制备出孔壁结构完整且孔洞随机分布的金属空心球复合材料,能实现空心球单一设计与梯度设计;金属空心球复合材料基体与空心球壁组织较为致密,且形成了厚度为25~30μm的界面层;金属空心球复合材料的应力-应变曲线具有明显的弹性阶段、塑性平台阶段和致密化阶段,且采用空心球梯度设计的金属空心球复合材料相较于空心球单一设计的金属空心球复合材料,其基本力学性能有明显的提升。最后,与传统的闭孔泡沫铝材料进行了对比分析,金属空心球复合材料整体稳定性更高,吸能效果更强。

动车组抗蛇形减震器底座裂纹原因分析

针对动车组抗蛇形减振器在例行维修中发现的裂纹缺陷,借助显微镜、扫描电镜、能谱分析对裂纹缺陷区域的显微组织进行观察和分析。结果表明,构件裂纹附近存在多处晶间腐蚀缺陷;裂纹的开裂方式以沿晶疲劳开裂为主,并伴生应力腐蚀开裂;因断口经历了腐蚀过程,不能排除裂纹是源于腐蚀开裂;未腐蚀的断口界面则表现出疲劳失效开裂行为。

热轧变形量对含0.5%B的6063铝合金晶粒取向、织构及再结晶的影响

借助SEM、EBSD、EDS等测试手段,研究了轧制变形量对含0.5%B的6063铝合金的晶粒取向、形变织构以及再结晶的影响。结果表明:随着轧制变形量的增加,晶粒越来越细小,越来越扁平,晶粒取向趋于一致,小角度晶界密度增加。轧制变形可以明显改变铝合金内部织构占比,合金随着压下量的增加,S织构和Brass织构占比变少,Cube织构和Goss织构的占比变多。均匀化热处理会使样品的再结晶晶粒增加至87.4%,轧制会使再结晶晶粒数量急剧下降,但是随着变形量的增加,再结晶晶粒数量会缓慢增加至1.18%。

Cu含量以及Cu/Mg比对Al-Si-Cu-Mg合金组织和力学性能的影响

研究了Cu含量和Cu/Mg比对Al-Si-Cu-Mg合金组织和力学性能的影响。结果表明Al-Si-Cu-Mg合金凝固组织是否形成Mg_(2)Si、Q-Al_(5)Cu_(2)Mg_(8)Si_(6)以及θ-Al_(2)Cu取决于Cu含量以及Cu/Mg比。当Cu/Mg比相对低时形成Mg_(2)Si中间相,而Cu/Mg比高时则倾向于生成Q-Al_(5)Cu_(2)Mg_(8)Si_(6)和θ-Al_(2)Cu相。当Cu/Mg比相同时,高Cu含量和高Mg含量都会促进Q相θ相的形成。通过观察T6热处理后的组织发现Cu含量以及Cu/Mg比控制了初生相的溶解以及析出相的形成,从而影响合金的强度与韧性。通过控制Cu含量及Cu/Mg比使Al-9Si-2Cu-0.5Mg合金中析出较少数量的初生相,再通过热处理析出大量的Q′强化相,使合金具有较高的强度和相对适中的伸长率。

Sc和Si相互作用对铸造Al-Si-Sc合金组织和性能的影响

通常在铸造Al-Si合金加入Sc来改善合金的性能,但是Si和Sc的相互作用对合金组织和性能影响仍需要进一步深入研究。本文研究了不同含量的Si和Sc对合金组织和性能的影响,结果表明,Sc通过原位形成初生Al_(3)Sc作为α-Al异质形核质点从而细化α-Al晶粒;在凝固过程中,共晶反应生成了网格状AlSi_(2)Sc_(2)相,包晶反应形成了块状AlSi_(2)Sc_(2)相;两种AlSi_(2)Sc_(2)相都会消耗合金中Sc原子,从而降低了Al_(3)Sc的细化效果;Sc还变质共晶Si为更有序的纤维/片状结构,适当的Si与Sc的比可以避免AlSi_(2)Sc_(2)的形成;Al-6Si中Sc含量从0.3%增加至1%时,抗拉强度和屈服强度均上升,但由于AlSi_(2)Sc_(2)相的存在,其伸长率下降;当Sc含量为1%、Si含量从6%降至3%时,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别上升2%、12%和21%,主要是凝固过程中析出了Al_(3)Sc而非AlSi_(2)Sc_(2)相。最后,还讨论了Si-Sc交互作用对组织演变的机制。

7×××系高Zn铝合金光谱标准样品研制

本文介绍了7×××系高Zn铝合金铸态光谱标准样品(块状)研制的工艺流程,样品均匀性取样方法及判定方法,铸态成分标准样品(块状)的组织特点,并对7×××系高Zn铝合金标准样品(块状)赋予化学成分值,确定标准样品定值的可靠性,最终满足使用标准,填补了国内空白,使我国铝合金标准样品的研制又前进了一步。

流变压铸Al-15Cu合金的组织与力学性能

Al-Cu合金因其高的强度、硬度及高温力学性能,在交通领域具有重要应用。为探明高Cu含量铝合金力学性能特点,本文采用流变压铸成形Al-15Cu合金,研究浇注温度等参数对该合金流变压铸件力学性能的影响。结果表明,随着浇注温度的增加,初生α-Al晶粒平均等效直径由55μm降低到30μm,而平均形状系数随浇注温度变化不明显;施加电磁搅拌对初生α-Al晶粒有一定的细化作用。Al-15Cu合金流变压铸件的强度和塑性随浇注温度先增加后降低。浇注温度为610℃和施加电磁搅拌条件下的拉伸试样密度、抗拉强度和伸长率最高,分别为2.961 g/cm~3、260 MPa和2%。在300℃拉伸条件下,流变铸件性能随浇注温度变化的规律与常温时一致,抗拉强度和伸长率分别可达118 MPa和8%。

GB/T 41736-2022《高体积分数碳化硅颗粒铝基复合材料》标准解析

本文简要介绍了GB/T 41736-2022《高体积分数碳化硅颗粒铝基复合材料》标准的制定背景和过程。对该标准中的适用范围、术语和定义、分类和标记、技术要求、试验方法、检验规则以及包装、运输、贮存和标志等关键内容进行了解析,为标准使用人员更好的解读本标准提供技术支撑。GB/T 41736-2022是一项产品标准,适用于精密仪器、电子元器件制造用高体积分数碳化硅颗粒铝基复合材料。

自然时效对Al-6.5Zn-2.3Mg-2.2Cu合金厚板组织性能的影响

商用7×××系铝合金产品人工时效前一般会经历自然时效,自然时效时间的长短直接决定产品的生产制备流程。本试验研究了工业化制备的Al-6.5Zn-2.3Mg-2.2Cu合金厚板在不同的自然时效阶段经人工时效处理后的组织及性能,并重点分析了短时自然时效(0.125~21 d)及长时自然时效(30~360 d)对合金不同时效状态的影响。研究结果表明:自然时效0.125~21 d,T6态合金的强度持续降低,抗拉和屈服强度的降幅分别为14 MPa和17 MPa,伸长率在13.6%~15.6%的范围内波动;基体析出相主要为GPII区和η′相,晶界析出相呈断续分布。自然时效3~360 d时,T6态合金的强度、伸长率和断裂韧性均在一定范围内波动,无明显的变化规律,基体析出相主要为η′相且分布密集,晶界析出相呈断续分布。自然时效3~105 d时,T76态合金的拉伸性能和断裂韧性同样在一定范围内波动,无明显的变化规律,基体析出相尺寸粗大、分布分散,主要为η′相和η相,晶界析出相同样呈断续分布。

等温热处理对Mg-7Zn-0.3Li-xNd合金组织的影响

使用等温热处理法对不同Nd含量的Mg-7Zn-0.3Li-xNd合金(x=0.1, 0.3, 0.5, 0.7)进行不同温度不同保温时间的热处理,研究保温温度与保温时间对Mg-7Zn-0.3Li-xNd合金非枝晶组织演变规律的影响,分析非枝晶颗粒的形成机理。结果表明:Mg-7Zn-0.3Li-0.5Nd合金在580℃保温30 min后得到理想的球状非枝晶颗粒,其固相率、平均晶粒尺寸和形状因子分别为71.9%、47μm和1.85。随着保温温度的增加或保温时间的延长,非枝晶颗粒的平均晶粒尺寸和形状因子呈现先降低后升高的趋势,固相率则持续降低。随着温度和时间的变化,非枝晶组织的演变过程主要分为三部分:枝晶的粗化,分离与球化,合并与熟化。

飞机碳纤维复合材料蒙皮激光除漆技术的研究进展

碳纤维复合材料是飞机蒙皮的重要材料,除漆是飞机碳纤维复合材料蒙皮再次涂装之前最为重要的工序。激光除漆具有高效、可控、分层、“绿色”的优势,有望成为飞机碳纤维复合材料蒙皮除漆的主要技术途径。介绍了激光分层可控除漆方法和机理,总结了激光能量密度、激光扫描速度、激光搭接率等工艺因素对飞机碳纤维复合材料蒙皮涂层去除的影响规律,提出了激光分层可控除漆工艺的优化思路,并归纳了激光除漆效果评价方法。列举了激光除漆技术在飞机复合材料表面涂层维修中的应用,并对飞机碳纤维复合材料蒙皮激光除漆技术的发展趋势进行了展望。

ECAP变形及半固态等温处理对Al-25%Si合金组织和性能的影响

对铸态Al-25%Si合金进行等通道转角挤压(ECAP),并结合半固态等温处理技术,研究了ECAP挤压及半固态等温处理工艺参数对合金微观组织和室温拉伸性能的影响。利用光学显微镜观察分析微观组织,拉伸试验机测试室温拉伸性能,以及扫描电子显微镜分析断口形貌。研究结果表明,ECAP变形能够有效地细化Al-25%Si合金中的初生硅相,其平均直径由铸态的117.9μm降至31.9μm,同时形状因子也由0.12提升至0.40。ECAP后的常温力学性能也得到明显提升,其抗拉强度也由铸态的96 MPa提升至200 MPa,伸长率由1.04%提升至3.25%。在半固态加热过程中,初生硅的形状因子随等温温度的提升和时间的延长呈先增后降的趋势。在590℃保温10min,其形状因子最高为0.62。

选区激光熔化AlSi10Mg蜂窝夹层管制备及其力学性能研究

目的研究SLM工艺参数对蜂窝夹层管残余应力、变形以及力学性能的影响。方法采用正交试验法研究了不同工艺参数对选区激光熔化成形零件残余应力和变形的影响。通过有限元模拟的方法,仿真AlSi10Mg蜂窝夹层管的3D打印过程,得到成形管件的残余应力分布及变形程度。制备蜂窝夹层管3D打印试样,将实心管作为对照组,对比测试管件在轴向压缩、径向压缩及三点弯曲条件下的力学性能。结果激光功率对残余应力和变形的影响最大。采用最优参数组合打印的管件微观形貌中不同熔池之间呈现出相互交错的结构,致密度达99.78%。轴向压缩中实心管的承载极限为497 MPa,蜂窝夹层管的最大承载极限为390 MPa。在径向压缩条件下,蜂窝夹层管承载能力是实心管的86.62%。在三点弯曲试验中蜂窝夹层管出现2次波峰,承载极限为52 MPa,与实心管的承载极限非常接近。结论确定最优参数组合为:激光功率200 W、扫描速度1200 mm/s、扫描间距100μm,蜂窝隔板厚度0.6 mm、蜂窝孔对边距离5 mm。相同尺寸的蜂窝夹层管相较于实心管质量可以降低22.68%,其力学性能降低并不明显。

纳米晶Al-xMg铝合金的元素再分布及其对强度的影响

目的针对Al-Mg合金在变形加工过程中容易出现的溶质元素再分布现象,通过微观表征和定量计算深入研究元素再分布的相关机制及其强度贡献。方法利用扫描透射电镜高角环形暗场技术结合几何相位分析,详细研究了溶质元素再分布机理,对经过高压扭转后不同Mg含量的Al-Mg合金中的元素分布进行了表征,并通过原子探针层析技术对原子的三维空间分布情况进行了团簇分析。结果随着Mg的原子数分数从1.0%增加至8.0%,合金硬度从129.0HV显著上升至223.6HV。合金内部的溶质分布状态可以分为溶质原子贫化、溶质原子富集和溶质原子不均匀分布3种,剧烈塑性变形引入的不均匀微观应变诱导了Mg原子的再分布。结论合金中形成的大量原子团簇为Al-8Mg合金贡献了47.7HV的硬度值,占总硬度的21.3%,溶质团簇对合金强度的强化效果十分显著,表明团簇强化是材料强化手段中不可或缺的新型强化机制。