7000系高强铝合金微观组织结构对应力腐蚀行为和机制影响的研究进展

7000系(Al-Zn-Mg-Cu)高强铝合金是铝合金中强度最高的系列之一,应力腐蚀开裂(SCC)是影响其服役安全稳定性的关键因素。综述了应力腐蚀开裂的阳极溶解机制和氢致开裂(HIC)机制,总结了7000系铝合金中的组织结构对合金SCC行为及机制的影响;从合金化学成分、热处理、预应变、表面处理等方面对SCC敏感性的影响出发,论述了不同组织结构对SCC行为的影响。提出了降低7000系高强铝合金SCC敏感性的重点研究方向:通过优化合金元素、使用新型的热处理工艺和表面处理技术等方法合理调控合金的微观组织结构,进而延长合金的使用寿命,使材料受到更好地保护。

激光增材高强铝合金工艺、性能及组织的研究进展

高强铝合金作为一种轻质材料因强度高、耐腐蚀、耐高温等性能优越,在众多领域拥有广泛的应用前景,如航空航天、汽车制造、模具生产等。然而由于高强铝合金存在热导率高、对激光反射率大、容易氧化以及热裂倾向大等缺点,使得传统制造业难以一次成形复杂结构。作为增材制造的高精密加工工艺,激光选区熔化(SLM)技术以逐层堆叠原理为基础,可将复杂的结构件一次成型,从而突破造型、结构等方面的局限,开辟出一条全新的高强铝合金制造之路。此文主要从SLM工艺优化以及添加形核材料等过程总结了工艺、力学性能、显微组织等方面的变化,并阐述了未来的展望。

高强铝合金电弧增材制造的研究进展

高强铝合金因具有高强度、低密度、优异的延展性和抗腐蚀性,成为了航空航天和汽车应用零件最常用的金属材料之一。电弧增材制造技术具有快速原位成形制造复杂结构零部件的能力,非常适用于中型或大型高强铝合金铝部件的制造。本文综合分析了高强铝合金电弧增材制造工艺和设备研发现状、高强铝合金电弧增材的固有属性和缺陷以及主要的性能优化手段,讨论了组织和性能的固有特征和复合增材制造技术对组织和性能的影响。针对电弧增材制造高强铝合金不可忽略的本质冶金缺陷、特征性能需求和多种优化工艺的优劣等问题,提出了电弧增材制造高强铝合金综合评价体系、成分设计和丝材开发、专用热处理制度和复合增材制造技术的协同性等发展方向,以期为电弧增材制造高强铝合金的性能提升和应用推广提供重要参考。

热处理对激光选区熔化高强铝合金组织及性能影响

为了充分发挥高强铝合金材料的性能潜力,从热处理强化角度出发,选择了4种不同的热处理制度,并从物相、组织、性能对热处理后的铝合金SLM成形样件展开研究,最终筛选出最适合的热处理制度。结果表明,300℃/6 h/炉冷的强化时效(EA)热处理后的样件具有最高的抗拉强度575 MPa,较未经热处理的原SLM成形件的抗拉强度提高25%,伸长率有一定程度的下降但仍满足正常需求。强化机制主要为:过饱和Mn元素固溶体带来的固溶强化、细密且具有一定热稳定性微观组织形貌带来的细晶强化以及热处理后生成的纳米级Al3Sc相沉淀粒子带来的第二相强化。

高强铝合金腐蚀行为及评价方法研究进展

高强铝合金具有比强度高、加工性能好等特点,广泛应用于航空、航天等领域。腐蚀是影响高强铝合金服役安全稳定的重要因素。本文从高强铝合金的制备工艺出发,重点讨论热处理引起的组织结构变化对高强铝合金耐腐蚀性能的影响,分析高强铝合金的组织结构与腐蚀行为之间的对应关系,提出增强高强铝合金耐蚀性的研究方向。高强铝合金中的元素及相偏析,易导致其组织结构的电化学不均匀,引发基体腐蚀。因此,在合金成分优化的基础上,调控高强铝合金的熔融铸造工艺、加工成形工艺、热处理工艺,制备出元素及第二相分布均匀、电化学性质均一的组织结构,对改善高强铝合金的耐蚀性至关重要。此外,合金中无析出相区域的宽度及晶界析出相间的距离、分布等对合金的腐蚀敏感性具有重要的影响,深入研究并阐明无析出相区域等各类组织结构对合金腐蚀行为的影响规律及机制,是制备高耐蚀高强铝合金的前提。通过优化时效、形变热处理等热处理方法,开发新型的复合热处理方法以平衡高强铝合金的力学性能和耐腐蚀性能。同时,本文论述了高强铝合金耐腐蚀性能的实验方法及评价方法。为了更加高效正确地评估高强铝合金的耐蚀性及服役安全,未来还需要在传统评价方法与数字孪生、虚拟仿真实验、机器学习等现代化数据处理技术的联合使用方面开展进一步的研究工作。

基于激光模式调控的高强铝合金定向能量沉积成形工艺优化

由于7075铝合金主要组成元素的沸点较低、熔体的表面张力梯度较大,加之定向能量沉积(DED)工艺中常用的圆形高斯分布(CG)激光束斑能量分布的不均匀性,导致7075铝合金DED试样的成形质量普遍不佳,这极大限制了7075铝合金DED的进一步应用。通过激光光场模式调控,可以有效改变熔池的温度场、流场及其相应的凝固条件,从而提升激光增材制造试件的成形质量和微观组织的主动控制能力。采用离轴抛物积分镜将CG光场模式匀化为圆形平顶分布(CF)光场模式,并进一步将CF光场模式倾斜以获得横向椭圆平顶分布(TE)光场模式。利用这三种不同的光场模式激光分别制备了7075铝合金DED的单道熔覆、单壁墙及块体试样。结合数值模拟,揭示光场模式对成形质量及凝固组织的影响规律及其内在机理。模拟结果显示,将激光束斑从传统的CG光场模式调制为CF与TE光场模式后,激光在熔覆层表面的热通量均匀性得到显著改善,进而减小了熔体温度梯度,提高了凝固速率。与CG光场模式相比,成形质量方面,CF与TE光场模式下单壁墙和块体试样的表面成形质量得到显著提升,其中单壁墙的宽度变化大幅降低,块体试样水平方向的尺寸精度提高,此外块体试样的致密度分别从95.8%提升至97.2%与97.7%;凝固组织方面,织构得到显著弱化,并且晶粒尺寸减小约50%,同时晶粒内纳米析出相η相的数量也有所增加。

超高速激光熔化扫描速度对Al-Mg-Sc高强铝合金性能的影响

为了明确超高速激光熔化沉积Al-Mg-Sc高强铝合金的沉积态组织及力学性能特征,以7075铝合金为基体,采用自主开发的LDF3000-40型激光熔化沉积设备制备Al-Mg-Sc高强铝合金,探究激光扫描速度对材料微观组织与室温拉伸性能的影响。结果表明:超高速激光熔化沉积样品均无明显裂纹,但含有少量小尺寸气孔。沉积态组织由细小的α-Al等轴晶及弥散分布的Al_(3)(Sc,Zr)颗粒构成。利用数值模拟进一步研究扫描速度对力学性能的影响,发现在0.1~1 m/s范围内,较高的激光扫描速度能减少粉末材料的堆积,降低沉积层表面的孔隙率,因此可以提高力学性能。沉积态样品最大抗拉强度为303 MPa,断裂伸长率为22.5%。

高强铝合金材料强化及其制备加工技术探讨

在新时期背景下,我国社会发展水平逐步提高,在社会发展中在很多方面与领域中发生了一定程度的变化,以建筑施工与工业生产为例,这两项工作在正式开展时,需要大量高性能材料作为支持与帮助,为施工与生产工作高水平开展提供材料依据,从而保障施工质量与发展的品质。在此种情况下,各种各样的新型材料逐渐出现在人们视野中,且材料的性能、质量以及使用价值均得到了提升,高强铝合金材料作为新型材料中至关重要的组成部分,该材料的出现与使用为航天等其他高科技领域提供了良好条件,对保障航天工作开展质量与效果有着不可忽视的作用。对此,如何应用制备加工技术优化与促进铝合金材料现代化发展成为工作人员需要思考的主要内容。基于此,本文首先简单阐述了高强铝合金的发展趋势,其次总结出材料强化机制内容,最后提出科学性与有效性的制备加工方法,以期为高强铝合金材料大范围使用与长远发展提供参考。

7A09-T6高强铝合金流体连接器的开裂原因

通过裂纹宏观和微观形貌观察、能谱检测以及理论计算,对7A09-T6高强铝合金流体连接器开裂原因进行了分析。结果表明:裂纹在流体连接器壳体口部萌生,并沿轴向往根部扩展,贯穿壁厚,开裂类型为应力腐蚀开裂,其原因是7A09-T6高强铝合金为应力腐蚀敏感材料,采用的硬质阳极氧化工艺引入了腐蚀介质S元素,并且连接器处于拉应力和潮湿环境。

中创股份10吨级高强铝合金特宽锻板成功交付

2024年3月11日,中创股份10吨级高强铝合金特宽锻板举行交付仪式.本次研发的10吨级高强铝合金特宽锻板产品,各项性能指标均达到用户要求,是公司目前单件交付重量最大的锻件产品,创造了国内大吨位、大宽度锻板生产纪录.

高强铝合金焊接对板材性能的影响

高强铝合金板在焊接过程中,热影响区的存在会导致板材性能下降,影响其使用寿命。为了探究温度试验对高强铝合金板的影响,并优化焊接工艺参数与板材选型,对热影响区的温度变化梯度与层间温度进行了系统研究。采用局部加热、匀质化受热模拟和热影响区层间温度模拟三种方法,分别对高强铝合金板进行受热模拟试验,并对比分析不同温度下板材的显微硬度、强度、延伸率、显微组织和晶粒尺寸等性能指标。研究发现,高强铝合金板的硬度随温度升高而先升高后降低,500℃是固溶强化的拐点温度。固溶处理可以增强板材的力学性能,但过长的固溶时间会导致晶粒粗大,降低强化效果。焊接过程中,热影响区对板材性能的影响范围约为6 mm,超过9 mm范围外,板材性能呈梯度分布。通过局部受热模拟工艺的调整,可以使焊接过程中呈现梯度分布的热场能量得到均质化处理,从而获得焊后性能分布优良的铝合金板材。

Al-Mg-Sc-Zr高强铝合金电弧增材修复工艺及组织性能研究

针对Al-Mg-Sc-Zr高强铝合金焊丝,分别采用脉冲CMT(CMT-P)、脉冲MIG(MIG-P)与变极性TIG(TIG-V)对轨道交通常用5083铝合金材料进行修复,对比研究不同电弧增材工艺修复样件的微观组织及力学性能。结果表明:Al-Mg-Sc-Zr高强铝合金焊丝在三种电弧增材修复工艺下均能形成细小的等轴晶组织,且焊缝区分布着大量Al3(Sc,Zr)粒子,这些粒子能够有效细化晶粒尺寸并提高力学性能。修复样件抗拉强度均可达母材强度的90%以上,其中,CMT-P热输入最小,基体强度受热输入影响损失最小,仅1.3%,修复的5083铝合金抗拉强度为293 MPa,达到母材强度的94%;TIG-V及MIG-P热输入相对较大,修复后抗拉强度分别为283 MPa、290 MPa,但基材强度受热影响损失较大,分别为16%、8.7%。

高强铝合金耐蚀设计新思路取得突破

以2系、7系铝合金为代表的高强铝合金及其复合材料是航空航天和装备轻量化的关键材料,具有不可替代性,但较差的耐蚀性是制约其应用的世纪难题。如何设计开发出兼具高强度和高耐蚀性的铝合金或其复合材料是目前国内外学术界和工业界的关注热点和研究难点,对于装备的轻量化发展具有重要意义。

热处理对高强铝合金7075沉积态的显微组织与力学性能的影响

高强度铝合金因其轻质以及优异的机械性能,在航空器制造领域尤其是直升机制造中扮演着重要角色。通过采用增材制造技术和热处理工艺,可以进一步提升这些合金的性能。此研究重点探讨了热处理工艺对添加ZrCuAlNi的7075铝合金的微观组织和力学性能的影响。通过系统地研究固溶处理和时效处理的参数,包括时间、温度等,发现热处理后的合金硬度显著提高,达到了189.1 HV。合金的拉伸性能得到了显著提升,其中抗拉强度(UTS)、屈服强度(YS)和延伸率(EL)分别达到了566.75 MPa、519.97 MPa和6.84%。详细分析了热处理过程中微观结构的变化及其对力学性能改善的作用机制,为高强度铝合金的热处理工艺提供理论依据和实践指导。

喷射成形Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的组织与性能

利用喷射成形工艺制备了Al Zn Mg Cu系高强铝合金材料 ,研究了热挤压工艺与热处理工艺对材料微观组织与力学性能的影响。在峰时效的情况下材料表现出了高的力学性能指标 ,抗拉强度达到 75 4MPa ,屈服强度达到 72 2MPa ,断裂延伸率达到 8% ,与采用传统铸造变形工艺制备的同类合金相比 (σb≥ 6 10MPa,σ0 .2 ≥ 5 80MPa ,δ≥ 4% ) ,性能有了明显的提高。合金性能的提高与其基体中呈弥散分布的Mg7Zn3 相有很大的关系 。

高强铝合金均匀化热处理

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子探针微区分析研究了电磁半连续铸造Al Zn Mg Cu合金铸态和均匀化态的显微组织和成分分布,确定了均匀化处理的过烧温度;研究了铸锭均匀化动力学,导出了均匀化动力学方程。根据实验及计算结果,得出最佳均匀化处理工艺为450℃退火24h。

固溶处理对7050高强铝合金显微组织和机械性能的影响

为了获得7050高强铝合金较为理想的固溶处理制度，通过组织观察（光学显微镜和扫描电镜）、洛氏硬度测试、拉伸力学性能测试、能谱分析等方法研究了固溶处理对7050高强铝合金显微组织和性能的影响。结果表明，在430-470℃范围内，随固溶温度的增加或固溶时间的延长，合金的粗大相逐渐回溶入基体组织中，固溶效果增强，经过淬火后组织过饱和度增大，经人工时效后的基体强化效果增强，强度逐渐提高。然而，随着固溶温度进一步提高或延长固溶时间，造成了晶粒的长大，过剩相减少，析出相的弥散强化作用减弱，基体强度逐渐降低。所得7050高强铝合金较为理想的固溶处理制度为470℃×60min。

高强铝合金焊接接头无析出物区的形成机理

采用电弧焊对20mm厚的2519-T87高强铝合金进行表面堆焊,观察了部分熔化区出现的无析出物区(PFZ)的组织特征,并对该区域的形成机理进行了研究.结果表明:无析出物区的形成主要是晶界液化层迁移所导致的,迁移的驱动力为相干应变能,焊缝收缩引起前、后晶粒的应变能差以及晶界曲率引起的界面能差.焊接热输入对无析出物区的形成有一定影响,随着焊接热输入的增加,无析出物区的宽度亦增加.该区的存在使部分熔化区在拉伸和冲击过程中易于断裂,且断裂方式为沿晶断裂.

焊接热输入对高强铝合金接头组织和性能的影响

采用MIG焊接工艺对2519高强铝合金进行焊接,研究了焊接热输入对焊缝组织、力学性能以及断裂特征的影响。结果表明,随着焊接热输入的增加,焊缝中心二次枝晶间距随之增加,焊缝中心溶质元素的含量随之减少,时效后焊缝中心析出的θ′相数量随之减少而尺寸随之增加,且晶界共晶组织由不连续短棒状弥散分布转变成长条状连续网络状分布,导致其断裂类型由穿晶断裂转化为沿晶断裂。接头的抗拉强度也随着焊接热输入的增加明显降低,时效后小热输入下接头的强度提升幅度更大。

Zn含量对喷射成形7×××系高强铝合金组织与性能的影响

采用喷射成形技术制备了不同Zn含量的7×××系超高强铝合金,研究了Zn含量对材料的显微组织及室温力学性能的影响.结果表明:喷射成形工艺可显著细化晶粒,有效抑制合金内的偏析,获得细小、均匀的等轴晶组织,采用相同工艺制备的不同Zn含量的材料的晶粒尺寸为10～20μm.喷射成形制备的7×××系超高强铝合金中的主要组成相为:α(Al)、六方晶格的MgZn2、四方晶格的Al2Cu和面心斜方晶格的Al2CuMg.Zn含量在9.5%～11.5%时,经过适当的热处理,材料的强度可以达到800 MPa以上.综合考虑材料的组织和性能,确定喷射成形7×××系铝合金中的Zn含量应控制在9.5%～11.5%.