6082铝合金汽车法兰挤压铸造数值模拟及试验验证

对挤压铸造6082铝合金汽车法兰件进行了不同挤压铸造工艺参数的数值模拟,并预测了缩松缩孔缺陷产生的位置。结果表明:各参数下的汽车法兰件充型完整,保压过程中由于三个凸台对应的部位壁厚大,该处最后凝固;保压结束后,模具承压部位温度明显高于其他部位,温度分布表现出不均匀性,在实际压铸过程中应当注意防护以免模具损伤。缩孔缩松位置主要出现在三个凸台对应的厚壁位置,与温度场结果一致。成形试验获得了优良的铸件,表明数值模拟结果准确、可靠。

脉冲磁场对6082铝合金时效组织和性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和电子万能试验机等研究了脉冲磁场时效工艺对6082铝合金组织和力学性能的影响。结果表明:在6082铝合金时效过程中施加脉冲磁场,能够提高扩散通量及原子振动频率,使合金在时效早期形成更多GP区,这些GP区在后续时效过程中形成β″相,并且由于原子扩散加快,形成β″相的速度远大于常规时效,使得6082铝合金基体中β″相数量增加,β′相尺寸缩小;经175℃脉冲磁场时效180 min后,6082铝合金的力学性能最优,其抗拉强度为348.41 MPa、屈服强度为300 MPa、伸长率为17%,相比常规时效工艺,力学性能更好,且时效时间缩短了62.5%。

预变形对6082铝合金人工时效性能的影响

探究了预变形对6082铝合金时效析出行为及力学性能的影响。采用万能试验机测试材料的力学性能,通过扫描电镜观察拉伸断口形貌,使用光学显微镜和透射电镜表征微观组织。结果表明:当预变形量为4%时,6082铝合金的屈服强度和抗拉强度达到峰值,分别为324和369 MPa,随预变形量的继续增大逐步下降。6082铝合金的伸长率随着预变形量的增大而不断下降。经不同热处理和预变形的6082铝合金在常温拉伸条件下均表现出韧性断裂。随着预变形量增加,断口处的韧窝尺寸变小,韧窝变浅。预变形有利于析出相的析出,当预变形量为4%时,析出相分布密度最大,尺寸细小。随着预变形量继续增加,析出相分布不均,且尺寸出现粗化,材料的强度和塑性均下降。

Y对6082铝合金铸轧板微观结构及性能的影响

本工作研究了添加微量Y元素对双辊铸轧6082铝合金微观组织及力学性能的影响。设计不同含Y量,使用双辊铸轧机制备6082铸轧板材,采用X射线衍射、金相显微观察、扫描电子显微分析等手段,研究了合金中Y对6082铝合金铸轧板组织及性能的影响。结果表明:Y元素有明显的细化效果,Y含量为0.35%(质量分数,下同)时,板材边部和心部平均晶粒尺寸达到最小,分别为30.9μm和25.7μm,且此时板材性能最好,抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为200.5 MPa、129.9 MPa和14.9%。继续添加Y,组织中的杂质相和稀土化合物显著增加,材料的塑形大幅降低。经分析,Y元素偏聚于晶界,形成的Al_(3)Y、Y_(5)Si_(3)等化合物不仅可抑制晶界的迁移,起到一定的细化作用,还能改善晶界上粗大的共晶相,Y与合金中的Fe元素发生交互作用,使组织中脆性针状富铁相向颗粒状转变,改善合金的塑性。

6082铝合金冷塑性流变行为及数值模拟研究

进行了常温单向拉伸试验、硬度测试和金相试验,研究了6082铝合金冷塑性变形行为。通过对拉伸后试样的断后伸长率和断面收缩率进行研究发现,随着拉伸速率的增大,两者先增大后减小。通过扫描电镜(SEM)分析,发现6082铝合金的断口形貌呈现出韧窝-脆面混合断裂的模式,并且在高速拉伸时出现大量破碎的硬脆相。对6082铝合金拉伸试验得到的数据进行分析并建立了优化本构方程,结合有限元数值模拟试验分析,将所建立的优化后的材料本构模型输入有限元软件中进行模拟验证,两者相对误差为1.33%,说明建立的模型可以准确描述6082材料在冷塑性变形状态下的硬化行为。

Mn对铸态及均匀化态6082铝合金组织的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、差示扫描量热法(DSC)和电导率测试仪等研究了Mn含量分别为0.7 mass%和0.5 mass%(分别命名为07Mn合金和05Mn合金)的6082铝合金铸态、均匀化态组织及析出行为。结果表明:铸态07Mn合金组织中形成了更粗大的鱼骨状结晶相,均匀化退火后,晶界处难溶结晶相转化为了微米级α-Al(Mn, Fe)Si相,并在晶内析出了纳米级的α-Al(Mn, Fe)Si相。07Mn合金中α-Al(Mn, Fe)Si相的析出激活能更低,从而析出了数量更多、尺寸更小的α-Al(Mn, Fe)Si相。通过电导率计算,确认了Mn元素会促进合金中α-Al(Mn, Fe)Si相的形核。

6082铝合金回填式搅拌摩擦点焊对接接头的组织和性能研究

将回填式搅拌摩擦点焊首次应用到铝合金的对接过程中。本文研究了搅拌头转速对2 mm厚的6082铝合金对接接头显微组织和性能的影响。结果表明,使用1.6 mm的搅拌头下压量可有效避免接头底部未焊合。但当转速为1950 r/min时,搅拌套筒回抽路径的外沿形成热裂纹。焊核区晶粒明显细化,当转速为1350 r/min时,焊核区平均晶粒尺寸由母材的30.84μm减小至8.43μm;热机影响区和焊核区的织构也发生明显变化。焊缝的硬度整体上高于母材的,这与焊缝中较小的晶粒有关。当转速为1650 r/min时接头的强度最高,达到190 MPa;当转速为1950 r/min时,因热机影响区/焊核区截面的裂纹缺陷影响,接头的抗拉强度仅为121 MPa。

基于焊接速度的6082铝合金FSW接头组织与力学性能调控研究

为研究焊接速度对6082铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头微观组织和力学性能的影响,并建立基于焊接速度的FSW接头组织与性能调控规律。通过金相观察、电子背散射衍射(EBSD)分析、硬度测试、室温拉伸和弯曲试验等手段,对四种不同焊接速度(500 mm/min、750 mm/min、1000 mm/min、1250 mm/min)下FSW接头的微观组织和力学性能进行表征。结果表明,随着焊接速度的增大,FSW接头的微观组织发生显著变化。焊核区(NZ)发生连续动态再结晶,形成细小的再结晶晶粒组织,其平均晶粒尺寸从3.8μm减小至2.3μm,再结晶分数从83%减小至57.3%;热机影响区(TMAZ)发生部分动态回复和部分动态再结晶,晶界处出现少量细小等轴晶粒,晶内形成大量亚晶组织。亚结构比例和小角度晶界比例显著增加,分别为69.2%和60.1%;受焊接热影响,热影响区(HAZ)相比母材区(BM)的晶粒尺寸略有增大,再结晶程度和晶界角度分布与母材相似。力学性能方面,随着焊接速度增大,FSW接头硬度最低值从72.3 HV增大至81.2 HV,焊接系数从74.7%提升至89.0%,热影响软化区明显缩小,但在1250 mm/min焊速下FSW接头背弯试样产生裂纹。基于焊接速度的调控模式,1000 mm/min焊接速度下FSW接头具有最优的力学性能。

6082铝合金轧制板材截面分层异色机理研究

6082T6铝合金板材截面(RD-ND面)腐蚀后呈现分层异色现象,通过金相显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度仪等手段,研究了板材截面不同区域的微观组织及力学性能。结果表明:腐蚀后6082T6铝合金截面表层、次表层、中心层呈现明暗不同的色泽。由于腐蚀后在表面层和中心层上形成的黑色凹坑面积占比较小,导致粗糙度低于次表层,从而具有较高的镜面反射率。与次表层相比,中心层的抗拉强度略有降低,断后伸长率显著增大,是因为中心层长条状晶粒尺寸较大,且第二相颗粒数量少。

不同温度下6082铝合金的抗应力腐蚀性能

采用慢应变速率拉伸试验方法研究了6082铝合金板材在不同温度下的抗应力腐蚀性能,采用光学显微镜和透射电镜观察其显微组织,采用扫描电镜对其进行断口分析。结果表明:6082铝合金板材在70℃,3.5%(体积分数)NaCl溶液中的应力腐蚀敏感性指数为6.6%,在50℃,3.5%(体积分数)NaCl溶液中的应力腐蚀敏感性指数为2.3%;试样断口均无应力腐蚀特征,合金晶内析出了弥散分布的细小Mg2Si相,晶界析出了不连续分布的Mg2Si相,不能形成连续的沿晶腐蚀通道,试样表现为较好的抗应力腐蚀性能;温度升高使试样在腐蚀溶液中的抗拉强度下降幅度较大,试样在70℃下的应力腐蚀敏感性指数偏高。

车用6082铝合金型材断裂失效行为研究

基于Gissmo损伤失效模型,采用数值参数反方法得到车用6082铝合金材料的失效参数,并设计铝合金防撞梁准静态三点弯曲试验验证6082铝合金Gissmo损伤失效模型的合理性。通过准静态单轴拉伸试验,得到6082材料的硬化曲线,并采用Swift-Hockett-Sherby(SHS)准则对硬化曲线进行外推;开展不同应力状态下的准静态试验(剪切、单轴拉伸、中心孔、缺口、三点弯曲、杯突),并采用仿真结合试验的数值反求得到Gissmo失效参数;设计6082铝合金防撞梁的准静态三点弯曲试验,验证6082材料失效参数的合理性。结果表明,本研究中提出的参数反求得到的6082铝合金Gissmo损伤失效模型(含硬化曲线、失效应变曲线、失稳曲线、单元尺寸正则化曲线)可以较好地预测防撞梁材料的失效行为。

6082铝合金挤压型材黑线缺陷分析

通过宏观检验、微观组织观察和微区成分分析,对6082铝合金挤压型材表面出现黑线缺陷的原因进行分析。结果表明缺陷是以Al为主的氧化物和碳化物非金属类夹杂形式存在;缺陷周围存在粗大的含Mg、Si相,或伴随有过剩析出的Si。通过严格控制原材料质量及挤压和熔铸流程,消除C和O元素,以及通过变质处理和成分过冷等方法来细化含Mg、Si相,可有效消除黑线缺陷。

时效工艺对6082铝合金挤压棒材力学性能的影响

6xxx系铝合金因其良好的强度、优异的成形性和耐蚀性而备受关注,其力学性能可通过时效硬化得到显著提升。研究了不同时效制度对6082铝合金挤压棒材力学性能的影响。试验结果表明,采用较高的时效温度可显著缩短时效时间,在较短时间内达到甚至超过通常采用的175℃×8 h时效所获得的屈服强度。尤其在时效温度超过195℃时,时效时间可以缩短至1 h,不仅降低了能源消耗,而且提高了生产效率。

均匀化处理温度对6082铝合金组织和性能的影响

采用硬度、电导率测试、金相显微镜、X线衍射、扫描电镜、透射电镜和能谱分析技术,研究均匀化温度对合金组织和性能的影响。研究结果表明:铸态合金由α-Al固溶体和非平衡共晶相组成;490～510℃均匀化,Mg2Si相从过饱和固溶体中析出,在510℃以上均匀化,随着温度的升高,Mg2Si又逐步回溶到基体中,560℃均匀化,Mg2Si相和过剩单质Si完全溶解;随着均匀化温度的升高,非平衡析出物鱼骨状共晶形态逐渐消失,针状β-AlMnFeSi溶解、断裂,转变为具有更高(Mn+Fe)/Si比值颗粒状α-Al(MnFe)Si相,析出相在高温均匀化过程中聚集、球化;560℃均匀化,析出物的连续网状结构转变成链状结构,析出物演化为等轴粒状α-Al(MnFe)Si相。均匀化过程中合金中析出弥散α-Al(MnFe)Si相;在490～560℃保温6h均匀化处理,温度升高,合金的硬度和电导率分别升高和降低。

固溶温度对6082铝合金显微组织与性能的影响

研究固溶温度(480~580℃)对6082铝合金挤压板材的力学性能和晶间腐蚀性能的影响规律,结合金相显微镜、扫描电镜和扫描透射电镜对影响机理进行分析。结果表明:随着固溶温度的升高,合金的强度先升高后下降,在520~540℃时达到最高值;而伸长率呈现不断升高的趋势;晶间腐蚀的最大深度呈现先增加后降低的趋势。随着固溶温度的升高,残留结晶相的数量逐渐减少,时效后获得的β″沉淀强化相的尺寸更小、密度更高,晶界无沉淀析出区更窄,强度和伸长率更高;但温度过高时,再结晶严重,晶粒粗大,挤压效应消失,强度下降。固溶温度影响再结晶和亚晶粒大小以及晶界第二相析出状态和无沉淀析出带宽度,进而改变晶间腐蚀扩展路径及最大腐蚀深度。

6082铝合金MIG焊焊接接头组织与力学性能研究

通过拉伸、弯曲、硬度试验以及金相分析等对6082铝合金MIG焊接头的力学性能与显微组织进行了研究。结果表明:采用5087焊丝焊接6082铝合金时,具有较好的抗拉性能,板厚8和4mm的焊接接头焊态的抗拉强度分别为母材的77.8%和73%;弯曲断裂集中在熔合线处,弯曲角度均较小;6082铝合金MIG焊接头焊缝中心组织为等轴晶,靠熔合线的焊缝晶粒沿散热方向呈柱状晶,熔合区晶粒粗大;软化区出现过时效效应,使Mg2Si长大,成为接头最薄弱的区域。

6082铝合金热变形行为及热加工图

在Gleeble^（-1）500D热模拟试验机上对O态6082铝合金进行了热压缩实验,研究了该合金在变形温度300-500℃,应变速率0.01-10 s^（-1）条件下的热变形行为和组织演化;基于Arrhenius双曲正弦本构关系建立了6082铝合金的本构方程;基于动态材料模型（DDM）和Murty法建立了热加工图,并结合微观组织进行验证。研究结果表明：6082铝合金为正应变速率敏感材料,峰值应力随温度的降低和应变速率的升高而升高,热变形过程中的主要软化机制为动态回复,在较高温较低应变速率（500℃,0.1 s^（-1））时,该合金发生动态再结晶。计算得到该合金的热激活能为171.1539 k J·mol^（-1）,最佳热加工工艺参数区间为：450-500℃,0.2-0.5 s^（-1）。

6082铝合金双轴肩FSW接头组织及腐蚀性能

利用光学显微镜及动电位极化曲线技术,研究了12 mm厚6082-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头组织形貌及其电化学性能.结果表明,主轴转速600 r/min,焊接速度为300 mm/min,搅拌头倾角为0°的焊缝组织出现了明显的变化,焊合区组织发生了动态再结晶,形成细小的等轴晶结构;母材的腐蚀形貌比较粗糙,表面有较深的点蚀坑,而接头焊核区表面腐蚀形貌均一,点蚀现象较轻;动电位极化测试表明双轴肩搅拌摩擦焊接头焊核区的腐蚀电压比母材高,耐腐蚀性能比母材好.

6082铝合金的TTT曲线及其研究

为研究6082铝合金的淬火敏感性,采用分级淬火的方法测定了6082铝合金的时间-温度-转化率(TTT)曲线,利用XRD、TEM并结合Avrami方程研究了6082合金在等温过程中的组织变化.结果表明:6082铝合金TTT曲线的鼻尖温度约为350℃,淬火敏感温度区间为300～420℃;6082铝合金过饱和固溶体在350℃等温时快速分解,初期形成大量杆状的β'相,随着时间的延长,晶内析出粗大的β相;合金在高温区域(≥420℃)和低温区域(≤300℃)时,淬火敏感性较低;鼻尖温度下的高相变驱动力和较快的扩散速率是Mg2Si相析出和长大的主要原因.在实际在线淬火过程中,建议在淬火敏感温度区间加快淬火冷却速率抑制平衡相的析出,在高温区域和低温区域可适当降低冷却速率减小热应力的影响.

搅拌摩擦焊和熔化极气体保护焊6082铝合金疲劳性能分析

对10 mm厚6082-T6铝合金进行搅拌摩擦焊(FSW)和熔化极气体保护焊(MIG焊)焊接,利用疲劳性能试验机、光学显微镜、扫描电子显微镜等手段对6082铝合金FSW和MIG焊接头的疲劳力学性能、微观组织、裂纹扩展特征、疲劳断口进行了分析.结果表明,在疲劳寿命为2×106周次时,6082铝合金母材及其FSW和MIG焊接头的名义应力分别为126.3,110.2,84.2 MPa;在高应力水平下(!σ=160 MPa),FSW接头疲劳寿命明显大于MIG焊接头、与母材的疲劳寿命相当.MIG焊疲劳断口均位于焊趾处,焊缝内的气孔缺陷为其主要裂纹源;FSW疲劳断口大多发生在轴肩边缘.接头的微观断口具有准解理特征,断口中存在疲劳条纹和韧窝.