重卡传动轴用高强7075铝合金热流变行为及径向锻造微观组织演变

为研究重型卡车轻量化传动轴用高强7075铝合金在径向锻造时的热变形行为,将大直径7075铝合金挤压棒料预热退火后,取样进行了不同变形条件下的等温压缩试验。分别考虑温度与应变速率对应变强化及软化的影响,构建了适用于中大型7075铝合金传动轴热加工的改进Hansel-Spittel本构模型。根据动态材料模型理论获得了7075铝合金的热加工图,并据此分析了7075铝合金棒料在典型径向锻造工艺中的组织变化。研究结果表明:改进Hansel-Spittel模型能更准确地模拟预热退火态7075铝合金的峰值和稳态流变应力,预测值与试验值的平均相对误差仅为2.71%;7075铝合金在温度为350~450℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)范围内具有较高的热加工稳定性,高温及低应变速率的变形条件有利于材料的微观组织演化;预热退火态7075铝合金棒料在经过截面收缩率为55.6%的径向锻造工艺和T6热处理后,原始板条晶粒转变为细化大转角晶粒组织,抗拉强度提高至651 MPa,延伸率提高至12.5%,综合性能得到显著改善。

铝-石墨烯复合镀层对7075铝合金硬度优化研究

在有机体系下制备了铝-石墨烯复合镀层,研究了7075铝合金硬度和耐磨性的优化工艺。采用正交试验研究了工艺参数对复合材料表面硬度和耐磨性的影响。采用单因素试验分析了石墨烯浓度和电流密度对硬度的影响规律。利用SEM、XRD、Raman光谱分别对复合镀层的微观形貌、相结构及石墨烯的存在进行表征分析。结果表明:各工艺参数对复合材料硬度和耐磨性的影响顺序均为石墨烯浓度>电流密度>电镀时间>搅拌速度。随着石墨烯浓度和电流密度的增大,复合材料硬度均出现先升后降的变化趋势。在优化工艺下,复合材料表面硬度较基体硬度提升了229.9%,而其摩擦系数较基体的降低了90.1%,说明了石墨烯优异的机械强度和自润滑性强化了复合材料的力学性能。

7075铝合金锻件氧化黑斑分析

采用低倍、高倍组织观察、成分分析等方法研究传动支架用7075铝合金锻件硫酸阳极氧化膜颜色发黑缺陷的原因及形成机理。结果表明,锻件成分偏析和淬透性差共同作用导致淬火时效后锻件不同位置析出的数量出现差异,阳极氧化过程中,强化相析出量多、尺寸较大的位置,因可溶强化相会造成氧化膜中的大量细小孔洞,使阳极氧化膜颜色发黑显现为黑斑。

基于COMSOL的7075铝合金微弧氧化时间及正向电压对氧化膜层的影响

研究了微弧氧化时间及正向电压对7075铝合金膜层厚度以及生长趋势的影响。以7075铝合金为研究对象,在多物理场仿真软件COMSOL Mutiphysics的帮助下建立铝合金成膜过程中的物理模型,基于有限元的方法求解出了微弧氧化成膜过程中的膜层厚度变化。仿真得到特定时间或者特定电压下的膜层厚度分布图,根据仿真结果绘制了电压-膜层厚度曲线、时间-膜层厚度曲线。由仿真结果可以看出:当正向电压分别为350、400、450 V时,膜层的最大厚度分别为38.804、50.150、61.496μm;当微弧氧化时间分别为15、25、35、45 min时,膜层的最大厚度分别为25.075、41.792、58.508、75.225μm,且膜层厚度均呈现由中间向两侧逐渐减小的现象。根据仿真结果可以得出以下结论:随着正向电压的升高,膜层厚度增大;随着氧化时间的增加,膜层的厚度也增加。在膜层厚度分布上,越靠近阴极的位置膜层越厚,远离阴极的位置膜层比较薄,且不同参数下膜层的最厚点与最薄点出现的位置不变。

7075–O铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织与力学性能

时效硬化态7075铝合金搅拌摩擦焊接头塑性较低,给进一步变形加工带来困难。本文采用3 mm厚的7075–O铝合金板进行搅拌摩擦对接焊,研究焊接速度对接头组织和强塑性的影响,为获得高塑性的搅拌摩擦接头提供解决方案。结果表明,7075–O铝合金接头焊核区为细小的等轴晶粒,随焊接速度的增加,焊核区平均晶粒尺寸呈先减小后缓慢增加的趋势,当焊接速度为40 mm/min时,焊核区晶粒尺寸最小,约为1.96μm。不同焊接速度下接头横截面显微硬度呈“凸”形分布,接头区域发生明显硬化,其中焊核区硬度最高,约为145HV。7075–O铝合金搅拌摩擦焊工艺窗口较宽,焊接速度在20~80 mm/min范围内接头强度均高于母材强度,焊接件伸长率达母材的82%,采用7075–O铝合金不仅能够克服时效硬化态7075铝合金搅拌摩擦焊接头的软化问题,而且能够获得更高的伸长率。接头弯曲试验结果表明,7075–O铝合金搅拌摩擦焊接头能够承受更大的弯曲角度,极限弯曲角达105°,具备更加出色的塑性变形能力。

7075-T6铝合金双面搅拌摩擦焊接头的组织与性能研究

用2.5 mm针长搅拌工具对4 mm厚的7075-T6铝合金轧制薄板进行正、反面各一道次的双面搅拌摩擦焊(DSFSW)试验。研究不同焊接方向对焊接接头的显微组织、硬度、拉伸性能、断裂形貌及弯曲性能的影响。结果表明:焊接接头成形良好,焊核区为均匀细小的等轴晶组织,从焊接接头上表面至下表面焊核区晶粒尺寸先减后增,在焊核重叠区由于受到两次热力-耦合作用,重叠区晶粒较其他NZ更为细小,约为1.5μm。不同焊接方向的接头横截面硬度呈“W”型分布,焊接接头发生软化,硬度最低值出现在热机影响区与热影响区的交界处。因同向焊接接头的焊核区整体晶粒尺寸更细小,使其焊接接头的硬度更优异。拉伸试验中双面搅拌摩擦焊接头抗拉强度最高可达母材的90%。在相同热输入条件下,同向焊接头的抗拉强度明显优于异向焊接头,且断裂方式主要为韧性断裂。在弯曲试验中,双面搅拌摩擦焊接头在面弯与背弯试验时都能承受较大弯曲角度,使焊接接头具备更出色的塑性变形能力。

7075铝合金刚柔耦合结构表面疲劳性能探究

采用激光冲击强化技术改善7075铝合金疲劳性能,能够降低成本、提高效率。以7075铝合金为研究对象,通过对其在不同功率密度下的强化试验,测定其在激光冲击下的表面形貌及残余应力的分布情况,结合其疲劳试验,探究激光强化对材料性能的影响。结果表明:激光冲击强化使铝合金表面粗糙度增大,并产生残余压应力;当功率密度增加到10.19 GW/cm^(2)时,残余压应力不再增大;激光冲击试样的疲劳寿命比未冲击试样提高了1倍,减小了断裂扩展范围;残余压应力的存在增加了铝合金的裂纹萌生难度,延长了其疲劳寿命。

7075铝合金切削加工晶粒尺寸演化过程研究

金属材料在切削加工过程中,表层晶粒在机械载荷和热载荷的剧烈冲击作用下快速再结晶使表面形成晶粒细化层,该细化层严重影响材料使役性能。在研究切削加工晶粒尺寸演化机制的基础上,通过DEFORM仿真软件实现7075铝合金晶粒尺寸演化过程,开展单因素法试验,构建了晶粒尺寸关于切削速度、进给量的预测模型。结果表明:切削速度增加,表层晶粒尺寸增大,细化层厚度减小;进给量增加,晶粒尺寸和细化层厚度在温度和塑性变形共同作用下先增加后减小。通过实验验证,该模型能够较为准确地预测材料表面晶粒尺寸。

基于填充板条的7075铝合金激光焊接裂纹抑制方法

针对铝合金焊接易产生气孔、裂纹等缺陷问题,以7075-T6铝合金板材为研究对象,在观察脉冲激光焊接焊缝断面形貌的基础上,对不同工艺参数下的7075-T6铝合金激光焊接进行实验,以分析焊接裂纹产生原因。结果表明,随着时间的增加,各点的裂纹敏感性逐渐降低,当填充板条高度为1.9 mm时,焊缝的裂纹敏感性比临界值低,裂纹基本被抑制。

激光冲击强化7075铝合金数值模拟与试验分析

针对激光冲击强化7075铝合金的问题,利用有限元技术和试验方法进行研究。首先利用光学显微镜、电子背散射衍射、显微硬度试验分析激光冲击前后试样上表面和横截面上微观组织和力学性能。其次采用有限元软件对7075铝合金进行数值模拟,得到应力变化云图和残余应力云图。试验结果表明,激光冲击细化表面和横截面晶粒组织,表面和横截面上再结晶晶粒占比分别从激光冲击前6.5%和8.3%提升到33.0%和80.1%;激光冲击后表面平均显微硬度提升幅度超过15%;随着深度增加,横截面上显微硬度提升幅度逐渐衰减。数值模拟结果表明,激光冲击过程中应力从447 MPa提升到581 MPa,在稳定时降到550 MPa;激光冲击提高了表面残余应力,而横截面上应力随着厚度增加而衰减。

ER5356焊丝用于7075铝合金MIG焊接头热处理性能

采用MIG焊使用ER5356焊丝进行3 mm厚7075铝合金对接焊,焊后接头进行T6热处理。通过光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜与能谱仪结合室温拉伸、显微硬度与电化学腐蚀分析接头组织、力学性能与耐蚀性。结果表明:焊接时熔池流动将母材熔化部位的Zn,Cu等合金元素带入焊缝,析出MgZn_(2)与AlCuMg相,成为焊缝进行热处理强化的基础;热处理后,大部分析出相溶入基体形成固溶+时效强化,接头抗拉强度提升20%,焊缝硬度提升18.4%,耐蚀性提高。但由于从母材流入焊缝的合金元素含量有限,焊丝与母材力学性能的差异与热影响区软化现象无法消除。

7075铝合金无铬化学转化膜工艺的研究

采用无铬化工艺,以氟锆酸钾和氟钛酸钾为主盐,高锰酸钾作为着色剂,硫酸镁作为成膜促进剂,研发出一种金黄色无铬铝合金钛锆转化膜。利用单因素实验和正交实验确定了最优转化液组成和工艺条件,并通过铬酸盐点滴实验、塔菲尔极化曲线、NaCl溶液腐蚀实验等研究转化膜的耐腐蚀性能。结果表明:K2TiF66g/L,K2ZrF66g/L,KMnO420g/L,MgSO48g/L,在温度25℃、pH为3.7、反应时间7min条件下,制得的铝合金转化膜均匀、连续、带有金黄色。该工艺下制备的化学转化膜自腐蚀电流密度降低了两个数量级,其耐蚀性得到了明显的提高。

金属熔融沉积成型制备7075铝合金的显微组织和力学性能

以优化后的微晶蜡基喂料为原料,通过金属熔融沉积成型制备3D 7075 Al合金。通过热压实验评估蜡基黏合剂和粉末之间的亲和力,研究烧结铝合金的物相、形态演变、拉伸强度和摩擦性能。打印喂料表现出剪切变稀行为,可使熔融挤出过程变流畅,并获得较好表面质量且含少量层间堆积孔隙的3D坯件。在氮气中烧结铝合金的形态演变可分为4个阶段,包括500℃下Mg_(2)Si和Si的沉淀,560℃以上Mg_(2)Si的出现,合金粉末上氧化物层的氮化,以及620℃以上通过扩散过程增强的晶粒生长。3D 7075 Al合金的相对密度达95%,拉伸强度为120~141MPa,拉伸应变为1.0%~2.5%。

工艺参数对铸态7075铝合金管旋压成形强度的影响

工艺参数对铸态7075铝合金管旋压成形强度的影响至关重要。本文以抗拉强度与屈服强度作为成形质量指标,系统地分析了压下量、预热温度、进给比和摩擦条件等工艺参数对铸筒旋压件强度的影响。结果表明:随着压下量的增加,管的抗拉强度与屈服强度增加;随着预热温度的上升或者进给比的增加,管的抗拉强度与屈服强度先增加后减少;随着摩擦系数的增加,管的抗拉强度与屈服强度先增加后减少,但变化不明显。

CeO_(2)颗粒对7075铝合金微弧氧化膜生长行为及耐磨/耐蚀性能的影响

目的通过CeO_(2)颗粒复合,进一步改善铝合金微弧氧化膜的耐磨和耐蚀性能。方法在硅酸盐-磷酸盐电解液体系中加入CeO_(2)颗粒,利用微弧氧化技术在7075-T6铝合金表面制备CeO_(2)颗粒复合氧化膜;从氧化电压、放电行为及膜层厚度的变化规律探讨CeO_(2)颗粒含量对微弧氧化膜生长过程的影响;通过扫描电子显微镜、动电位极化曲线、球-盘磨损试验等研究电解液中CeO_(2)颗粒浓度对微弧氧化膜微观结构、耐磨性能和耐蚀性能的影响。结果通过CeO_(2)颗粒的复合,改变了铝合金微弧氧化成膜过程的能耗分布,加速了微弧氧化膜的放电击穿。CeO_(2)颗粒复合会使膜层的生长速率有所下降,但氧化膜的致密性、均匀性及膜基的结合强度得到明显改善。CeO_(2)颗粒主要以熔融和嵌合等方式存在于氧化膜中。相较于普通微弧氧化膜,复合膜的摩擦因数普遍降低了约0.2,比磨损率也更低,耐磨性更佳。此外,复合膜呈现出更好的耐腐蚀性,其自腐蚀电流密度至少下降了50%,且在模拟海水中浸泡2000 h后腐蚀增重更小、腐蚀更轻微。在电解液中加入10 g/L的CeO_(2)颗粒时,所得复合膜的综合性能较佳。结论CeO_(2)颗粒复合以熔融或嵌合的方式沉积到铝合金微弧氧化膜中,有效减少了膜层的微孔等缺陷,提高了膜层的致密性和硬度,改善了膜层的耐蚀性和耐磨性。

水下EGaIn对7075铝合金的脆化机理研究

用EGaIn涂覆7075铝合金表面,并进行液态金属脆化研究,探究在大气与水两种环境下腐蚀脆化对铝合金微观结构、力学性能的影响规律。结果表明:与大气相比,在水下样品的腐蚀速率和力学性能弱化程度更高,其抗拉强度、伸长率和弹性模量分别降低了37.5%、57.7%和44.2%。对断口形貌和腐蚀产物表征发现,EGaIn在7075铝合金内部沿晶界扩散,促进了铝和水反应。铝水反应与液态金属扩散脆化协同作用,使水下EGaIn对7075铝合金的拉伸性能削弱程度更高,证明水是液态金属脆化的重要影响因素。

7075铝合金多场耦合流变行为和软化机理

在应变速率为0.01~10 s^(-1),电流密度为18~27 A·mm^(-2),温度为150~330℃条件下,对7075铝合金进行了脉冲电流辅助拉伸实验。探讨了应变速率与电流密度对7075铝合金力学性能的影响,推导出耦合了电参数的修正Johnson-Cook本构模型,并进行了验证。为解析热、电与力的耦合关系提供了新的研究思路。结果表明,与室温相比,通电试样的断面形貌中出现尺寸更大、分布更规整的韧窝。应变速率0.1~1 s^(-1)和电流密度21~24 A·mm^(-2)对降低7075铝合金的流动应力有着显著影响,说明电流密度的影响存在阈值。并且修正后的Johnson-Cook模型在预测上展现出了较高的可靠性,模型预测与试验数据高度吻合,相关性达到0.9961,平均绝对相对误差仅为3.35%。

联合添加微量Sc、Zr元素对B4C/7075Al复合材料力学性能和腐蚀行为的影响

限制高强度B4C/Al复合材料工程应用的关键为腐蚀问题,添加微量合金元素是提高其耐蚀性的有效措施。采用压力浸渗法制备了B4C/7075和添加微量Sc、Zr元素的B4C/7075-0.15Sc-0.35Zr复合材料,利用扫描电镜、透射电镜、弯曲性能测试、拉伸性能测试、中性盐雾试验和电化学测试对比研究了联合添加Sc和Zr元素对B4C/7075Al复合材料的显微组织、力学性能和腐蚀行为的影响。结果表明:添加Sc和Zr元素后,复合材料的抗弯曲强度和抗拉强度升高,腐蚀速率降低,腐蚀电流密度(Jcorr)下降,耐蚀性增强,这是因为添加Sc和Zr元素后,复合材料的晶界析出相细小且不连续分布,无析出带(PFZ)消失。

7075-T6铝合金的放电等离子烧结连接工艺优化

采用放电等离子烧结技术对7075-T6铝合金进行连接,通过单因素法研究了母材表面预处理(400#砂纸打磨、化学浸蚀、400#砂纸打磨+化学浸蚀、2000#砂纸打磨+化学浸蚀)以及升温速率(10,30,50℃·min^(-1))、连接温度(450,470,490,510℃)、连接压力(4.5,5.0,5.5,6.0,7.0MPa)和保温时间(45,60,75,90,120min)对接头连接质量、剪切性能和变薄率的影响,确定了合适的表面预处理工艺以及最优的工艺参数。结果表明:合适的表面预处理工艺为400#砂纸打磨,获得7075-T6铝合金接头的连接质量最好,接头界面未闭合孔洞很少,焊合率最大,为71.7%;随着升温速率的升高,接头的连接质量变差,但其焊合率均高于76%,接头的抗剪强度和变薄率均降低;随着连接温度的升高或连接压力的增加,接头的连接质量变好,接头的焊合率、抗剪强度和变薄率均增大,但当连接压力大于6.0MPa时,焊合率和抗剪强度增加幅度减小,而变薄率大幅增加;随着保温时间的延长,接头的焊合率、抗剪强度和变薄率的变化幅度均较小。400#砂纸打磨后7075-T6铝合金的最优连接工艺为升温速率50℃·min^(-1)、连接压力6.0MPa、连接温度490℃、保温时间45min,此时接头的焊合率为81.3%,抗剪强度为132.9MPa,变薄率为1.91%,剪切断裂方式为韧性断裂。

热处理对热轧7075铝合金组织和力学性能的影响

目的探究T6、T73和RRA热处理对不同道次压下量的热轧7075铝合金板材微观组织和力学性能的影响,确定不同道次压下量的热轧7075铝合金板材最优热处理工艺。方法分别将11%和16%道次压下量的热轧7075铝合金进行T6、T73和RRA热处理,并对热处理后的试样进行微观组织表征和力学性能测试。结果3种方式热处理后,11%道次压下量的热轧板材微观组织以拉长晶粒为主,伴随有等轴再结晶晶粒的生成,而对于16%道次压下量的热轧板材,等轴晶数量增多,故经3种方式热处理后,16%道次压下量热轧板材的屈服强度和抗拉强度均高于11%道次压下量热轧板材的相应强度。RRA热处理有效提升了16%道次压下量热轧板材的延伸率,而对于11%道次压下量热轧板材,RRA的预时效等过程会造成其晶粒粗化,从而降低延伸率,与T6和RRA热处理相比,T73热处理对力学性能的提升不显著。对于2种不同道次压下量的板材,T6热处理为最优热处理工艺。经过T6处理后,11%道次压下量的热轧板材抗拉强度达到589.8 MPa,屈服强度达到560.7 MPa,延伸率达到16.6%,16%道次压下量的热轧板材抗拉强度达到607.5 MPa、屈服强度达到580.9 MPa、延伸率达到13.6%。T6热处理后,<001>方向的织构占主导,原始板材内部存在较多的小角度晶界,热处理后大角度晶界含量增多且有静态再结晶出现。3种热处理后的拉伸试样断口形貌没有太大区别,存在大量韧窝和撕裂棱特征,说明热处理后板材塑性较好。结论热处理能调控再结晶行为,优化亚晶等微观结构,与其他7系铝合金热处理后的力学性能相比,本文的7075热轧铝合金在16%道次压下量和T6热处理条件下获得了较为优异的力学性能,说明热处理工艺设计合理。