工艺参数对5A90铝锂合金扩散连接质量的影响规律

采用金相显微镜、扫描电镜和真空热压烧结炉等设备探究了5A90铝锂合金的扩散连接工艺。结果表明,在扩散连接过程中,随着温度的升高和保温时间的延长,试样中白色强化相增多,空洞减少,焊合度明显提高。剪切强度随扩散连接温度的提高而降低,随保温时间的减少而降低,进而使连接强度降低;这主要是由于扩散温度及保温时间对原子扩散过程产生影响。试样界面15μm的粗糙度避免了氧化铝薄膜的过厚,并保证了扩散连接时接头处的局部接触,使氧化膜破裂,得到最佳接头质量。典型参数下的断裂发生在母材中,以穿晶断裂为主要断裂形式,证明了5A90铝锂合金扩散连接接头的可靠性。通过对比分析,得到扩散连接最佳工艺参数为:连接温度540℃、保温2.5 h、表面粗糙度15μm。

5A90铝锂合金超塑性变形的组织演变及变形机理

采用光学显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射以及高温拉伸实验研究了工业化制备的5A90铝锂合金超塑性板材变形过程中的组织演变及变形机理。结果表明:在高温拉伸前对板材进行450℃/30min再结晶退火后,在温度为475℃、应变速率为8×10-4s-1的适宜超塑性变形条件下,可使伸长率由原始状态的480%提高至880%。整个超塑性变形过程展现出不同的变形机制:初始阶段(ε≤0.59),板材以形变组织为主,晶粒取向差逐渐增大,位错运动为该阶段的主要变形机制。当真应变达到0.59时,动态再结晶开始发生,晶粒取向差继续增大,晶界滑动开始启动。当真应变大于1.55时,晶粒继续长大,但长大幅度不大且保持等轴状,该阶段变形机制以晶界滑动为主。

电塑性效应下5A90铝锂合金折弯性能

针对5A90铝锂合金在室温下力学性能差而导致其成形复杂零件困难的问题,通过电塑性拉伸、电塑性折弯实验,研究电塑性效应对5A90铝锂合金折弯性能的影响。结果表明,在电塑性作用下,5A90铝锂合金的延伸率明显提高,折弯成形性能变好,且电流越大,折弯性能提高的效果越明显。同时探究了电塑性折弯的相关机理。

5A90铝锂合金显微组织及力学性能的研究

利用光学显微镜、扫描电镜及高分辨透射电镜等手段研究了5A90铝锂合金轧板经热处理后的显微组织与力学性能.结果表明:5A90合金轧板组织呈明显的各向异性,合金板材轧制平面的晶粒呈等轴状,纵截面和横截面均为轧制流线组织,有少量细小的再结晶晶粒;合金经460℃/20 min固溶处理后,在130℃时效过程中,随着时效时间的延长,合金硬度不断增加,在时效20 h达到峰值,随后合金硬度缓慢下降.峰值时效态5A90铝锂合金的主要析出强化相为δ′(Al3Li),其与基体存在良好的共格关系,此时材料的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为512 MPa,437 MPa和7.5%.5A90铝锂合金的断裂方式以韧窝、分层开裂和沿亚晶界开裂方式为主,断口为韧性与脆性混合断裂.

5A90铝锂合金T形接头激光填丝焊接头组织性能分析

对2.5 mm厚5A90铝锂合金T形接头激光焊和激光填丝焊接头组织与性能进行了研究.结果表明,与不填丝相比,焊接过程中填充焊丝有效减少角焊缝咬边、下塌等缺陷,明显改善焊缝表面成形,同时增大了接头熔化区面积,提高了激光的吸收率;填丝还使得T形接头两侧角焊缝组织大小趋于相同,但组织相对粗大;接头抗拉强度接近提高20%,拉伸断口呈韧性断裂.

5A90铝锂合金的超塑性变形行为

采用光学显微镜、电子背散射衍射、电导率测试以及超塑性高温拉伸实验研究5A90铝锂合金超塑性变形行为和变形机理。研究结果表明:经450℃/30 min再结晶退火后,在变形温度为500℃、应变速率为8×10^(-4)s^(-1)的超塑性变形条件下,可使伸长率由未退火状态的630%提升至1 120%;在超塑性变形过程中,晶粒由长条状逐渐变为等轴状,而退火后的晶粒更加细小且等轴化程度更高,再结晶退火还可以提高材料内部的空位浓度并增加大角度晶界所占的比例,这都有利于伸长率提高;在最适宜超塑性变形条件下,该材料的应变速率敏感性指数m为0.63,因此,其主要变形机制为晶界滑移,但在变形后期扩散机制成为一种协调机制。

5A90铝锂合金超塑性变形机理的定量研究

通过聚焦离子束在5A90铝锂合金试样表面蚀刻微米尺寸高分辨网格,在温度480℃、初始变形速率1×10^-3s^-1的变形条件下,定量研究其超塑性变形过程中晶界滑移和晶内位错滑移对总变形的贡献量,并采用扫描电镜、电子背散射衍射观察合金超塑性变形的组织演变作为佐证。结果表明:位错运动在超塑性变形初期(ε<0.65)的贡献量约为60%~80%,为主要变形机制,在该阶段条带状晶粒逐渐细化和等轴化,平均晶粒尺寸减小约40%,晶粒转动作为协调机制;随着应变量的增大,发生明显的动态再结晶,晶粒尺寸开始增大,晶内位错滑移的作用逐渐减小,晶界滑移成为变形的主要机制。

5A90铝锂合金超塑变形的不均匀性及其对空洞演化的影响

在475℃、初始应变速率为3×10-4-1×10-3 s-1的变形条件下对5A90 铝锂合金试样进行拉伸，研究合金超塑变形的应变分布以及其对空洞演化的影响。结果表明：合金超塑变形是不均匀的，应变和空洞沿着拉伸方向呈梯度分布。应变量、空洞的尺寸与体积分数由肩部到断口逐渐增大。在不同的应变速率条件下，空洞的长大机制不同。在较高的应变速率（1×10-3 s-1）条件下，空洞以塑性控制长大为主。降低应变速率至8×10-4 s-1以下时，空洞以扩散长大机制为主。而在同一局部应变区域，横截面与纵截面空洞长大机制也不同，横截面空洞呈球状，为扩散控制的长大机制；纵截面空洞呈不规则状，且沿拉伸方向被拉长，为塑性控制的长大机制。

5A90铝锂合金电子束焊接接头显微分析

采用真空电子束焊对5A90铝锂合金进行焊接,用光学显微镜和扫描电镜对接头显微组织进行观察,并对接头横截面的显微硬度进行测试。研究结果表明,5A90铝锂合金电子束焊接头的焊缝的组织由等轴晶和等轴枝状晶组成,晶界和枝晶界分布着大量α+δ(AlLi)共晶组织和少量α+δ(AlLi)+T(Al_2MgLi)的三元共晶组织,热影响区与焊缝之间存在一层等轴细晶区。电子束流的增大,会导致焊缝晶粒粗化,晶界的共晶组织粗化并逐渐连成网状,晶粒内球状共晶相数量减少。显微硬度测试结果表明,接头焊缝区的显微硬度低于热影响区和母材,电子束流的增大会导致焊缝的显微硬度降低。

5A90铝锂合金超塑变形的局部应变及其对组织演变的影响

以超塑性5A90合金板材为对象,通过EBSD检测、金相观察等实验手段,研究其在超塑变形过程中沿标距长度方向局部应变的演变对晶粒形貌、空洞形貌的影响。结果表明:在试样标距内从断口至肩部,应变分布不均匀并呈梯度分布,靠近断口处的应变量最大;晶粒尺寸、空洞尺寸及体积分数随着局部应变量的上升而增加。

5A90铝锂合金型材折斜角成形性能的试验研究

型材一次折斜角成形是航空零件制造工艺的重要方法之一。本文通过新研制的 5A90铝锂合金型材折斜角成形试验的研究 ,得到了极限开斜角和闭斜角值 。

不同焊接位置对5A90铝锂合金激光焊接质量的影响（英文）

针对铝锂合金激光焊接产生的成形不良和气孔缺陷,探究不同焊接位置对焊缝成形及气孔的影响,并对比分析不同焊接位置熔池受力状态、熔融金属流动和小孔动态行为,解释缺陷形成及其抑制机理。研究发现:不同焊接位置熔池受力状态和熔融金属流动决定焊缝成形。平焊时焊缝成形差、下榻严重;横焊时背面焊缝不连续,有飞溅;立向上焊时背面焊缝内凹严重;立向下焊可得到最优焊缝成形和最优的气孔缺陷。焊缝气孔受小孔动态行为影响,不同焊接位置气孔随热输入的变化规律一致,气孔先增后减,在仅熔池透状态下有气孔最大值。立上焊时小孔不稳定,焊缝气孔多且分布杂乱;立向下焊时小孔稳定性高,气孔最少,主要分布在焊缝中心线上。

电塑性效应对5A90铝锂合金成形极限的影响

研究了电塑性效应对5A90铝锂合金成形极限的影响。首先,通过不同温度和不同应变速率的通电单向拉伸实验和等温无电单向拉伸实验,获取了材料的应变硬化指数n和应变速率敏感指数m。然后,采用M-K理论,将Lorgan-Hosford屈服准则和Backoften硬化方程引入理论推导中,利用Newton-Raphson迭代法进行求解计算,求解得到5A90铝锂合金在电塑性影响下的成形极限图。最后,通过不同宽度试样的单向拉伸实验对成形极限图的左手侧曲线进行了实验,结果与预测相吻合。研究结果表明:相比普通热成形,电塑性效应对5A90铝锂合金成形极限的提高效果更加明显。

侧吹辅助气流对激光立焊5A90铝锂合金气孔影响

基于试验设计软件Design Expert V8设计试验,开展激光焊接5A90铝锂合金工艺试验,研究侧吹保护气流参数对焊缝气孔的影响规律,拟合侧吹流量、侧吹角度和等效气孔点数的函数图像,建立数学模型,优化保护气流参数,预测Ⅰ级焊缝保护气流参数范围。实验结果表明：侧吹气流的加入能明显抑制焊缝气孔,侧吹流量是显著因子,对气孔影响较大,随着流量的增加,气孔点数先增后减,在侧吹流量为5-7L/min时有最小气孔点数;侧吹角度和交互项是不显著因子,在侧吹角度为20°-30°范围内,有一个较优值。气孔点数的最优响应模型为三阶模型,该模型拟合良好,经验证试验检验,模型误差范围小于10%,Ⅰ级焊缝易在侧吹流量为3-9L/min,侧吹角度为15°-52°范围内获得。

5A90铝锂合金的蠕变时效行为及机理

研究了在不同时效温度和应力水平的影响下,5A90铝锂合金的蠕变时效行为和微观组织及力学性能演变规律和机理。实验采取先加载后加热的方法,即考虑了蠕变时效非等温阶段。结果表明:在恒定外加应力175MPa下,加热至100、130和160℃时的非等温蠕变应变分别为0.026%、0.036%和0.069%;160℃下等温阶段保持18 h后的蠕变应变达到1.207%,远大于130℃下的0.079%和100℃下的0.039%;蠕变应变速率随温度升高而增加;由于蠕变损伤,160℃下出现蠕变第3阶段。研究了130℃下不同应力水平对微观组织和力学性能演变的影响,发现应力为175 MPa时,非等温蠕变变形很明显,但在125和150 MPa下加热至120℃之前不会发生蠕变,并且等温蠕变应变随应力增大而增加;较高的应力可以促进δ′(Al3Li)、S(Al2MgLi)相的析出和长大;在蠕变时效初期,应力越大,位错密度越小,而在蠕变时效的后期则相反;与125和150 MPa相比,合金在175 MPa下蠕变时效初期表现出最低的强度和最好的塑性,而在蠕变时效后期则相反,这归因于位错强化和δ′相强化之间的协同作用。

5A90铝锂合金搅拌摩擦搭接焊接头组织与性能分析

以1.5 mm的5A90铝锂合金薄板为研究对象,进行搅拌摩擦搭接焊试验研究。结果表明：搭接接头焊核区内发生动态再结晶,生成细小的等轴晶粒,热机影响区在搅拌摩擦作用下晶粒发生变形,热影响区在热循环作用下晶粒粗化。板材厚度方向的金属流动行为导致了搭接界面迁移,随着轴肩下压量的增加,最大迁移高度增加。显微硬度测试表明,母材区硬度最高,热机影响区和热影响区硬度下降,焊核区硬度上升。

航空领域用5A90铝锂合金高温变形性能及组织变化规律

对厚度为1.30 mm的5A90铝锂合金薄板在变形温度为340、370、400、430、460和490℃,应变速率为0.0001、0.0005和0.001 s^(-1)变形参数下进行了高温拉伸实验,通过应力-应变曲线探究了其热变形行为,并对拉伸后试样的微观组织和断口形貌进行了观察以研究变形参数对材料微观组织的影响。研究结果表明:高温拉伸时峰值应力随变形温度的增加而减小,随着应变速率的减小而降低;应变速率为0.0005 s^(-1)、变形温度为340℃时5A90铝锂合金的伸长率出现最大峰值,达到68%;伸长率在低应变速率下与温度大致成反比,在0.001 s^(-1)时由于高温变形晶界发生滑动而出现峰值。当温度增加时,组织晶粒随着温度的升高沿单向拉伸方向明显伸长;随着应变速率的降低,晶粒明显长大,由不完全的等轴晶转化为完全的等轴晶。

5A90铝锂合金Nd:YAG激光焊缝组织的晶粒形态与晶粒取向

采用Nd:YAG激光进行了5A90铝锂合金3 mm厚薄板对接接头的激光焊接试验,采用电子背散射衍射(EBSD)技术对水平面和横截面焊缝组织的晶粒形态及晶粒取向进行了研究。结果表明,5A90铝锂合金激光焊缝金属在熔合线附近形成了非常狭窄的等轴非枝晶区(non-dendritic equiaxed grain zone,EQZ),在焊缝的其余区域形成了晶粒取向随机分布的等轴枝晶组织。由于焊缝熔合线附近EQZ的存在,焊缝金属晶粒没有继承母材晶粒的取向而外延生长,而是形成了一种非联生结晶生长的模式。焊缝区等轴枝晶的非均匀形核质点来源于平衡四方相β(Al3Zr)粒子,等轴枝晶的形态取决于固液相前沿较高的成分过冷,5A90铝锂合金的成分及激光焊接工艺特点促进了非均匀形核。

5A90铝-锂合金流变行为及本构模型研究

在温度范围为623~723K,应变速率为0.0001s^-1、0.001s^-1、0.01s^-1的条件下对5A90-T3S铝-锂合金薄板进行等温拉伸试验,得到相应的真实应力应变曲线。研究5A90-T3S铝-锂合金在该变形条件下的流变行为,分析其应变硬化机制。运用基于双曲正弦函数的Arrhenius本构模型得到流变应力与温度、应变速率等参数之间的定量关系。将模型预测值与试验值进行对比,并进行误差分析。结果表明:试验值与预测值的最佳相关性系数可达到0.998,平均相对误差可达到4.08%。表明可以使用Arrhenius模型来预测5A90-T3S铝-锂合金的流变行为。

基于单向拉试验5A90铝合金超塑性能试验研究

采用等应变速率拉伸法研究了温度和应变速率对5A90合金超塑性力学性能的影响。结果表明：5A90铝合金最佳变形温度是400℃,在此温度下,不同应变速率条件下,可以获得较大的伸长率,最大伸长率为193.6%;在变形温度为375℃～500℃时,应变速率对5A90铝合金的流变应力及抗拉强度有显著影响,流变应力及抗拉强度随应变速率升高而增大。在同一应变速率下,5A90铝合金流变应力水平随着变形温度的提高而降低。另外,基于Backofen本构方程,对5A90铝合金在不同温度状态下的强化规律进行了分析,结果表明,随变形温度逐渐升高,应变速率敏感性指数先减小后增大,最后得到5A90铝合金最佳超塑性参数为：T=400℃,ε=0.0005s-1。