2219铝合金箱底法兰焊缝条状缺陷产生原因

在对某型号箱底法兰焊缝进行射线检测时,发现焊缝区域存在条状裂纹缺陷,采用宏观观察、化学成分分析、力学性能测试、金相检验、扫描电镜和能谱分析等方法对裂纹缺陷产生的原因进行分析。结果表明:在法兰焊接过程中,局部焊接线能量输入过大,使得位于熔合线、紧邻母材近焊缝区的低熔点共晶相出现晶间液化,在结构应力和热应力的共同作用下,焊缝产生条状缺陷。

多向镦拔2219铝合金硬质相形貌观测与分析

为进一步优化2219铝合金的力学性能,采用多向镦拔工艺改善2219铝合金中硬质相形貌。随着累积变形量增加到7.9,硬质相面积占比从9.66%降低为7.37%;并且其中长径比大于3的硬质相占比由初始的83.15%降低到34.23%。基于应变梯度理论建立了长椭球硬质相的细观模型,考虑到硬质相尺度效应,当其长径比从1增加到8时,应力集中系数从3.17增大为11.67;随着变形量的增加,硬质相的尺度效应逐渐弱化。通过多向镦拔实验证明了其可以有效改善硬质相形貌;将实验结果与计算结果进行对比,证明了应变梯度理论应用于2219铝合金硬质相分析的可行性。

热处理对2219铝合金薄壁旋压管组织与性能的影响

本文对2219铝合金薄壁旋压管进行了退火、固溶及时效热处理,研究了热处理工艺对微观组织、拉伸性能和液压胀形性能的影响。结果表明:2219铝合金旋压管在400℃以下退火时以回复为主,温度高于450℃时发生再结晶。随退火温度升高,基体组织逐渐由形变组织向再结晶组织转变。固溶处理时随固溶时间延长,再结晶程度逐渐增加,位错密度降低。经退火和固溶处理后,管材的硬化率和延伸率显著提高,抗拉强度随着退火和固溶温度升高而逐渐增大,固溶处理后抗拉强度达到340 MPa,延伸率提高到25%。时效处理后管材的抗拉强度进一步提高到435.2 MPa。管材液压胀形极限随热处理温度升高而升高,固溶态2219铝合金旋压管具有较好的液压胀形能力,适合进行液压成形。

喷丸处理对2219铝合金扩散连接影响研究

采用湿喷丸技术处理铝合金表面,研究喷丸强度对2219铝合金扩散连接的影响。结果表明:随着喷丸强度的提高,表面粗糙度由0.1 mm N的1.917μm增加到0.3 mm N的3.401μm,且过大的喷丸强度易导致表面出现轻微的剥落损伤现象;喷丸强化提供的残余应力场可以促进界面的扩散连接过程,一方面加速溶质原子扩散并在界面聚集成相且与氧化物产生交互作用;另一方面促进再结晶晶粒形成,利用新晶界的动态迁移过程消除原始界面,两者共同作用提升了界面的愈合效果,0.1 mm N时界面剪切强度可由无喷丸的12.6 MPa提升至41.1 MPa。

主轴转速对搅拌摩擦增材2219铝合金显微组织及性能的影响

采用搅拌摩擦增材法(AFSD)制备2219铝合金零件,研究200、300和400 r/min三个不同的主轴转速对沉积态2219铝合金(2219-AFSD合金)的显微组织和力学性能的影响。结果表明:与合金母材(2219-T87合金)相比,2219-AFSD合金组织相对均匀,无明显组织缺陷;在摩擦热和塑性变形的作用下发生动态再结晶,2219-AFSD合金晶粒得到明显细化。沉积过程中温度越高,2219-AFSD合金晶粒尺寸越大,第二相回溶的驱动力越大,导致沉淀强化相重新溶解至基体、θ相尺寸减小及数量减少。2219-AFSD合金极限抗拉强度为265.6~312.5 MPa,约为母材的58%~68%;而2219-AFSD合金的伸长率优于母材,提高至母材的278%~294%。此外,晶粒尺寸和极限抗拉强度与主轴转速呈正相关,断裂伸长率与主轴转速呈负相关。

电弧增材制造2219铝合金热变形组织演变及本构方程

采用热压缩方法研究了电弧增材制造2219铝合金的热变形行为,变形温度为360~510℃,应变速率为0.01~10 s^(-1)。分析了温度和应变速率对流变应力和微观组织的影响,采用Zener-Hollomon参数的双曲正弦函数建立了电弧增材制造2219铝合金热变形本构方程。结果表明,电弧增材制造2219铝合金热压缩峰值应力随温度的升高和应变速率的降低而逐渐降低。电弧增材合金在420℃及以下温度仅发生滑移变形,450℃及以上发生动态再结晶,480℃为最佳锻造温度,发生完全动态再结晶,可有效细化增材晶粒。本构方程以动态再结晶温度(450℃)为临界点分为两段,动态再结晶温度以下变形激活能为212.53 kJ·mol^(-1),动态再结晶温度以上为163.37 kJ·mol^(-1)。沿晶界分布的共晶θ相在热压缩过程中发生破碎和固溶,变形温度越高或应变速率越小,固溶程度越高。

2219铝合金TIG焊缝激光冲击强化与腐蚀性能研究

目的 改善2219铝合金钨极氩弧焊焊缝的耐腐蚀性能。方法 采用激光冲击技术对焊缝进行强化处理,比较分析处理前后的表面残余应力、物相组成和元素状态,通过静态浸泡失重法和电化学试验测量腐蚀速率的变化。结果 经过激光冲击强化处理后,2219铝合金焊缝部位的元素状态没有改变,但焊缝区域的残余拉应力变为残余压应力。2219铝合金钨极氩弧焊接区域的自腐蚀电位明显下降,相比未经激光冲击处理的试件,焊核区和焊接过渡区的平均腐蚀电流分别减小了14%和12.7%,腐蚀速率分别减小了16.9%和12.9%。结论 激光冲击强化可以有效提升2219铝合金钨极氩弧焊焊缝区域的耐腐蚀性能,可以为提升特种装备安全性和轻量化提供技术参考。

熔滴复合电弧增材制造2219铝合金组织与性能

为了提高铝合金电弧增材制造的质量和效率,采用新型的电弧增材制造工艺——熔滴复合电弧增材制造(DAAM)技术来制造铝合金样品.采用全新的熔滴生成系统(DGS)代替传统的送丝系统,使得材料的添加与电弧能量相互独立.成形的材料为2219铝合金,通过熔滴系统添加了微量Mg元素.利用熔滴复合电弧增材制造设备沉积了薄壁结构,沉积速率较传统电弧增材制造技术大幅提升(约为160 mm^(3)/s).观察和分析薄壁结构截面的微观组织表明,薄壁结构的晶粒形态以柱状晶为主,呈现层内柱状晶和层间等轴晶的周期性分布规律.经过T6热处理后,试样水平和垂直方向的平均抗拉强度分别为455.4和417.0 MPa,屈服强度分别为342.4和316.4 MPa.较之前的研究结果对比表明,Mg元素的添加提升了2219铝合金的屈服强度,但导致延伸率降低.

压缩变形对2219铝合金网状残余结晶相细化行为的影响

网状残余结晶相(RRCPs)偏聚是影响2219铝合金构件力学性能的主要因素,研究其细化行为具有重要意义。为了探明RRCPs的破碎细化机理,本文开展了2219铝合金高温(510和530℃)和中低温(240℃)单向压缩实验,采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分别研究了两种变形温度条件下不同相对压缩量(Δh)对RRCPs破碎效果的影响。研究结果表明:高温变形条件下,RRCPs主要以拉断和溶解断裂的形式发生细化;当Δh超过60%时,RRCPs才被大量破碎,形成大量长条状粒子,但破碎的结晶相仍呈带状偏聚。中低温变形条件下,RRCPs的破碎效果较显著,主要以脆性断裂的形式发生破裂和细化;当Δh等于20%时,RRCPs即可产生明显的裂纹;而当Δh大于60%时,结晶相被破碎成大量等轴状粒子,且粒子的分布均匀性较好。综上,与高温压缩相比,中低温压缩更有利于RRCPs的破碎,这可为优化2219铝合金多向锻造工艺提供参考。

超声与氩气冷却对2219铝合金组织及偏析的影响

2219铝合金作为一种广泛应用于航天、汽车制造等领域的重要合金,其在一般重力铸造条件下生产的铸锭容易出现孔缩、第二相聚集、宏观偏析等问题。本研究在高纯气氛保护条件下,采用超声辅助处理熔体与氩气冷却相结合的方法制备了2219铝合金铸锭。通过光谱仪、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等手段研究了超声波、氩气冷却对改善2219铝合金凝固组织及宏观偏析的影响。结果表明,在高纯气氛保护下,超声作用对2219铝合金铸造具有良好的细化晶粒、均匀化第二相的效果,组织内无疏松缩孔缺陷。当超声与氩气冷却共同作用时,铸锭晶粒细化及第二相均匀化效果更佳,平均晶粒尺寸减小69.4%。超声空化效应促进了更多溶质元素在铝熔体中的均匀分布,提高了晶粒形核率,同时在空化破碎与声流的扰动效应作用下,第二相组织更为细小均匀,宏观偏析显著改善。

热带海洋大气条件下2219铝合金FSW接头力学性能研究

对8 mm厚的2219铝合金板进行了搅拌摩擦焊试验,在热带海洋大气条件下对接头表面进行暴露试验,并结合扫描电镜(SEM)、万能拉伸试验机等研究了不同暴露时间下2219铝合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀形貌和力学性能。结果表明,随着暴露时间的延长,接头的拉伸性能降低,暴露3月后接头抗拉强度为400 MPa,断后伸长率为17.53%,暴露12月后抗拉强度下降到363.25 MPa,断后伸长率下降到15.9%;断裂形式由韧性断裂发展为局部脆性断裂,最终发展为大部分脆性断裂。

2219铝合金搅拌摩擦焊接头的蠕变时效行为研究

目的研究2219铝合金搅拌摩擦焊接头的蠕变变形行为、力学性能及其微观组织演变规律,探明焊接态铝合金材料的蠕变变形与强化机制,为超大型高筋薄壁构件板坯搅拌摩擦拼焊+蠕变时效形性一体化制造提供理论与技术支撑。方法通过蠕变时效实验和室温性能测试,研究了有焊缝和无焊缝材料的蠕变时效行为与力学性能演变,结合应力指数、激活能计算和透射电镜表征,分析了焊缝对2219铝合金蠕变时效特性的影响。结果与母材相比,有焊缝铝合金整体蠕变量更低,但前期短时蠕变速率高而后期长时变形速率低,变形机制由母材的扩散蠕变转为位错攀移;有焊缝材料蠕变时效后抗拉强度增加量相对更少,屈服强度增加量基本相同,表现为加工硬化能力降低。同时,焊核区晶粒细小、晶内析出大量弥散的GPⅡ区、θʹʹ和θʹ相,且晶界附近出现无沉淀析出带,热影响区和热机影响区析出相长大,但热机影响区析出相开始出现粗化。结论在蠕变时效过程中,搅拌摩擦焊后的2219铝合金复杂的微观组织演变会提高材料的蠕变变形和强度提升敏感性,上述发现为优化搅拌摩擦焊与蠕变时效成形工艺参数匹配提供了基础。

2219铝合金变厚度板坯充液拉深工艺研究

针对运载火箭燃料贮箱整体箱底采用厚板旋压、再机械加工的方法存在的易开裂、加工量大的问题,提出了先机械加工获得变厚度板坯,再拉深成形的制造方法。圆形变厚度板坯具有中间薄、外缘厚的形状特点,成形中存在薄区易开裂的问题,为此采用充液拉深并结合弹性垫板的成形方法。通过数值模拟和工艺实验,研究液压和弹性垫板对变厚度板坯拉深成形壁厚及应变分布的影响规律。研究结果表明,增大液压和设置弹性辅助板能够增大界面摩擦,降低拉深试件的最大壁厚减薄率,改善薄区的壁厚分布。当液压为5.2 MPa、弹性辅助板厚度为5 mm时,试件最大壁厚减薄率为8.8%,相较于普通拉深降低34%。

2219铝合金激光-电弧复合焊接工艺优化

本研究采用CO_(2)激光-TIG电弧复合焊接方法对航天用2219铝合金开展了焊接工艺优化试验,研究了激光功率、焊接电流、焊接速度等参数对焊接接头成形的影响,得到了优化的CO_(2)激光-TIG复合焊接参数,同时对优化焊接参数下焊接接头的显微组织和力学性能进行了分析。焊缝中心区域组织主要为Al-Al_(2)Cu组成的共晶组织,形态上为细小的枝状晶,热影响区组织与母材组织近似,但是晶粒尺寸略大于母材。复合焊接接头平均抗拉强度为294 MPa,达到母材抗拉强度的70.84%,断后延伸率为8%,拉伸断裂特征为典型的韧性断裂。

双级时效处理对2219铝合金力学性能与微观沉淀析出的影响研究

热冲压–淬火一体化工艺是复杂形状铝合金薄壁件的先进成形技术,但受限于较长的标准T6处理时间,如2219铝合金需要不短于12 h。本文研究了2219铝合金的快速双级时效热处理工艺,利用高低温模具内时效处理代替标准的T6处理,通过试验研究了不同时效条件对合金力学性能的影响。首先进行了快速双级时效试验研究,探究了第一步时效温度与时间以及第二步时效时间对合金力学性能的影响。结果表明,随着第一步时效温度从220℃提高至305℃,合金的屈服强度和抗拉强度整体呈下降趋势;随着第二步时效时间从0.5 h延长至4 h,合金的强度提高。然后,根据快速双级时效试验结果对时效参数范围进行优化,并以此为依据进行了模内时效工艺试验研究。结果表明,当时效条件为220℃/230℃/240℃×5 min+175℃×4 h时,屈服强度不低于T62态的91%,抗拉强度不低于T62态的100%;当时效条件为240℃×5 min+175℃×4 h时,随着模具接触压强从0.33 MPa提高至1.82 MPa,合金的抗拉强度从393 MPa提高至419 MPa。最后对包含时效条件240℃×5 min+175℃×4 h在内的几组典型时效条件下的试样进行TEM分析,观察了其沉淀相的形态与分布。本文提出的高低温双级时效热处理制度,在保证合金性能的前提下,相较于传统时效工艺(175℃×12 h或175℃×18 h),总时效时长减少超过63%,大幅缩短了高强铝合金薄壁冲压件成形后的时效周期。

2219铝合金酒石酸-硫酸阳极氧化工艺研究

以航天领域常用的2219铝合金为研究对象,通过单因素实验和正交试验研究了酒石酸浓度、硫酸浓度、氧化温度、氧化时间和氧化电压对酒石酸-硫酸阳极氧化膜的微观形貌、厚度和耐蚀性的影响,并研究了热水封闭时间对氧化膜耐蚀性能的影响。结果表明:当硫酸浓度为50 g/L,酒石酸浓度为80 g/L,氧化电压为16 V,氧化温度为35℃,氧化时间为28 min时,阳极氧化膜的耐蚀性最佳。阳极氧化膜的耐蚀性随热水封闭时间的增加而先增加后减少,当热水封闭时间为40 min时,其耐腐蚀性能最佳,经336 h中性盐雾实验后无腐蚀斑点产生。

2219铝合金搅拌摩擦焊缝在弱腐蚀下的腐蚀行为

利用动电位极化曲线测试、微区电化学阻抗测试、周期浸润测试和浸泡腐蚀,结合透射电镜和扫描电镜探究了2219铝合金在1 mg/L氯化钠和0.1 mg/L硫化钠混合溶液环境下的搅拌摩擦焊接头的腐蚀行为机理。结果表明:腐蚀前后焊缝未发现明显的力学性能损失,焊缝耐腐蚀性能:WNZ>HAZ/TMAZ>BM。越靠近焊核中心,受热的作用越大,析出相回溶数量越多,提高了基体中Cu的含量,从而降低了氧化还原反应速率。宏观区域的电偶腐蚀造成母材形貌发生较大变化,游离态的Cu^(2+)得到铝基体腐蚀溶解产生的电子析出,加剧腐蚀,出现大面积剥落现象。热影响区与热机械影响区腐蚀情况介于两者之间。

搅拌摩擦沉积增材2219铝合金组织及性能

在主轴转速250~350 r/min、横向移动速度50~150 mm/min工艺参数下进行2219-T87铝合金搅拌摩擦沉积增材(additive friction stir deposition,AFSD)实验,探究工艺参数与多层热循环对沉积层宏观成形、微观组织和力学性能的影响。结果表明:在主轴转速250 r/min,移动速度100 mm/min工艺参数下可获得成形良好的单道16层增材试样。增材区晶粒尺寸发生显著细化,在4~6μm之间,细小等轴晶组织取代沉积棒料粗大的无规则晶粒组织。增材试样发生剧烈的动态再结晶,整体再结晶晶粒在80%以上,试样底部(第1层)受到多次热循环影响,再结晶晶粒达到91.8%。增材区域织构基本由Cube、Copper、P和RtB四种再结晶织构以及S、T和Brass织构构成。增材试样的硬度和抗拉强度相比于沉积棒料都明显降低,其中,第16层沉积层硬度最大为80HV,约为沉积棒料母材的55.6%;第1~8层沉积层硬度均匀在60HV。增材区水平(longitudinal direction,LD)方向第9~16层和1~8层的平均抗拉强度分别为243.0 MPa和219.3 MPa,约为母材的60.0%和52.9%;平均伸长率为19.4%和24.5%,分别约为母材的181.1%和229.0%。增材试样LD方向断裂模式均为韧性断裂。

2219铝合金激光镜像立向焊接过程中匙孔稳定性

本文对2219铝合金进行立向上的激光镜像焊接,采用高速摄像观察匙孔开口处的波动情况,建立激光镜像焊接热-流耦合模型,对焊接过程进行数值模拟,并通过不同激光功率和焊接速度条件下的温度场和流场变化情况,分析影响匙孔稳定性的因素。结果表明:增大焊接热输入不仅可以提高匙孔耦合程度,也可以改善匙孔稳定性,当焊接速度降低至2.1 m/min时,匙孔扩展趋势明显,波动集中在匙孔开口区域。激光功率提高至3500 W时,匙孔开口处稳定性较好但在匙孔耦合中间处易出现波动。立焊的方式使匙孔在横截面上具有较强的热力对称性,整体稳定性较高,但纵截面方向由于重力影响使匙孔上壁和下壁扩展倾向差距较大,匙孔下壁具有较高的稳定性。

基于ABAQUS的2219铝合金钻削加工三维有限元模拟研究

针对我国新一代运载火箭壁板零件的常用材料2219铝合金钻孔加工过程中存在的刀具磨损快、加工参数有待进一步优化等问题,建立了基于ABAQUS的2219铝合金钻削加工三维有限元模型,并通过钻削实验对模型的有效性进行了验证,分析了钻削参数对钻削力和钻削温度的影响。研究结果表明:随着主轴转速的增大,钻削力减小,钻削温度降低;随着进给速度和钻头顶角的增大,钻削力增大,钻削温度升高,且钻头顶角的影响更为显著。