大规格7A04铝合金铸锭裂纹缺陷的研究

采用电磁铸造法制备880 mm规格直径的7A04铝合金铸锭,通过工业CT扫描、SEM和EDS等检测分析手段研究了该铝合金铸锭中裂纹缺陷的形成原因和抑制措施,同时对缺陷附近区域微小缺陷的数量与分布进行了分析。结果表明,该铸锭出现裂纹的实质为Al_(2)O_(3)(氧化物)和少量Fe元素富集,位置靠近铸锭中心区域。观察微小缺陷其数量随半径尺寸的增大而略有减少,且大于40μm的缺陷占比最大。通过分析,微小缺陷的形成与裂纹缺陷的形成有关。在铸造前从合金熔体中去除夹杂物和气体氢,完善除气、扒渣等工艺过程是避免这些缺陷的方法。

7A04-T6铝合金矩管柱抗震性能研究

为研究7A04-T6铝合金矩管柱的抗震性能,在验证有限元模型可行性的基础上,对12根7A04-T6铝合金矩管在低周反复荷载下的加载过程进行模拟。根据模型计算结果分析长细比、轴压比及截面形式对7A04-T6铝合金矩管抗震性能影响,得出随着长细比、轴压比的增大,构件抗震性能变差,与加载方向对应的矩管柱腹板尺寸对其抗震性能起着主导作用。同时提出了可用于预测7A04-T6铝合金矩管抗震性能的骨架曲线模型,并验证了模型的准确性。

缓蚀剂对热带海洋环境下7A04铝合金涂层件缓蚀效果研究

在高温、高湿、高盐雾、强太阳腐蚀“三高一强”的恶劣热带海洋环境下,我国飞机面临着严酷的腐蚀损伤问题,而合理的运用缓蚀剂,是飞机腐蚀防护的一种有效手段,本文以7A04铝合金涂层标准件为研究对象,选取国内、外四款典型的缓蚀剂,开展热带海洋大气自然环境试验,探索不同缓蚀剂对7A04铝合金涂层标准件的缓蚀效果。

7A04铝合金在海洋大气环境中初期腐蚀的电化学特性

通过盐雾腐蚀试验模拟研究7A04铝合金在海洋大气环境中的腐蚀初期规律,采用电化学交流阻抗测试和扫描Kelvin探针技术,研究7A04铝合金在初期腐蚀过程中的电化学行为。结果表明:Cl-对铝合金腐蚀有显著的加速作用,盐雾试验初期表面出现点蚀坑;随盐雾时间增长,点蚀相互连接并扩展,电化学反应阻抗下降。扫描开尔文探针测试结果表明:随腐蚀的不断进行,金属表面阴极区和阳极区不断发生变化,呈现局部腐蚀的特征,表面电位也随时间逐渐升高,阴极区和阳极区逐渐变得明显,腐蚀反应处于不断加速过程。

电磁搅拌对7A04铝合金大体积半固态浆料组织的影响

利用可控温电磁搅拌器对7A04变形铝合金进行了大体积(制浆室dmm一次制浆量5 kg以上)半固态流变浆料制备试验,研究电磁搅拌参数对7A04变形铝合金半固态浆料组织及其径向均匀性的影响。结果表明:在本试验条件下,制浆室0.5处的浆料组织优于制浆室中心和边缘的,随着搅拌频率的增加,制浆室中半固态浆料的组织均匀性降低;较高的搅拌电压和浆料温度下初生αAl)组织较细。搅拌电压为230 V、熔体温度为638℃、搅拌频率为5 Hz时,7A04铝合金大体积半固态浆料组织总体质量最佳,平均等效直径为112μm。

7A04铝合金的本构关系和失效模型

使用万能材料试验机、扭转试验机和Taylor撞击实验研究了高强铝合金7A04在常温至250℃的准静态、动态本构关系和失效模型。基于实验结果,修改了Johnson-Cook强度模型中的应变强化项以及Johnson-Cook失效模型中的温度软化项,并结合数值模拟标定了模型参数。实验结果表明,7A04铝合金的应变和应变率强化效应不显著,失效应变随温度的增加、应力三轴度的减小和应变率的减小而增加。

7A04铝合金连续冷却转变曲线的测定

对7A04铝合金固溶处理后的连续冷却转变(CCT图)进行测定。通过动态电阻法测得冷却过程的电阻—温度曲线,根据曲线斜率的变化规律确定相变开始点、结束点以及临界冷却速度所处范围,绘制该合金的CCT图,利用扫描电镜和X射线衍射分析观察连续冷却过程中合金的组织转变。结果表明:电阻对连续冷却过程的组织变化敏感,动态电阻法测得的CCT图是可信的;经470℃、1h固溶处理后,抑制相变发生的临界冷却速度低于35.37℃/s,但高于9.96℃/s;随着冷却速度的增加,相变开始温度和结束温度均降低,相变主要集中在150～400℃的温度区间发生;快速冷却时,合金保持较高的过饱和度,在60℃以下仍有相变发生,慢速冷却时,MgZn2平衡相在晶内和晶界大量析出并逐渐长大和粗化。

大截面7A04高强铝合金角形柱轴压整体稳定试验研究

为研究大截面的7A04高强铝合金角形柱轴压整体稳定性能，进行了18个试件的试验，将试验结果与我国规范进行对比，并建立了试验的有限元模型．试验结果表明：名义长细比为30～80时，试件发生弯扭屈曲破坏；名义长细比为100时，试件发生弯曲屈曲破坏．可得出结论：我国规范过多考虑板件局部屈曲对于构件的影响从而大大低估其稳定承载力；对于板件宽厚比超限不多的构件，局部屈曲对构件稳定承载力几乎无影响；有限元计算结果与试验结果吻合良好，用所建立的有限元模型可以对7A04高强铝合金角形柱稳定性能进行准确模拟．

转速对水下搅拌摩擦焊接7A04-T6铝合金组织与性能的影响

对7A04-T6铝合金板进行水下搅拌摩擦焊接(FSW),研究转速对水下FSW接头组织和力学性能的影响。结果表明:水下FSW接头的硬度最小值均位于热机械影响区。高转速条件下(950r/min)接头的硬度分布呈现"W"形,焊核区平均硬度值高于低转速条件下(475,600,750r/min)接头的硬度值。当焊速恒定为235mm/min,转速从475r/min提高到750r/min时,接头焊核区的析出相随转速的增大逐渐粗化,接头抗拉强度系数从89.71%降低到82.33%;当转速升高到950r/min时,析出相发生固溶时效,呈现细小弥散的分布特征,接头的强度系数提高到89.04%。接头具有较高的应变硬化能力,塑性伸长率较高。水下FSW接头的拉伸断口均呈现微孔聚合和解理混合断裂特征。

7A04铝合金/304不锈钢连续驱动摩擦焊及焊后热处理

对7A04铝合金与304不锈钢异种材料进行了摩擦焊接试验,并对接头进行了不同温度、不同时间的退火处理.对接头飞边形貌、抗拉强度、断口形貌、金相组织、显微硬度等进行对比分析.结果表明,采用合适的工艺参数能获得形貌良好的飞边和更好的抗拉强度,焊合区的铝合金组织发生动态再结晶,晶粒细化,组织比基材更加致密,结合面两边互有元素扩散,焊合区显微硬度高于基材.经400℃×3 h退火处理的接头其抗拉强度提升明显,界面形成了不同的金属间化合物,扩散层厚度略有增加,显微硬度值有所下降.

7A04铝合金热变形过程微观组织演变

以热模拟压缩实验和金相实验为基础,探讨7A04铝合金热压缩变形过程中应变速率和变形温度对流变应力和微观组织的影响规律。通过对实验数据进行回归分析,构建了该合金热压缩变形过程的微观组织演化模型。将建立的材料模型导入有限元软件DEFORM-3D中,对热压缩过程进行数值模拟。结果表明,所建立的微观组织演化模型可以很好的预测7A04合金在热变形过程中晶粒尺寸的演化规律。

超塑预处理对7A04铝合金显微组织及力学性能的研究

采用金相组织观察、力学性能测试、SEM断口形貌观察及TEM等手段,研究了传统处理工艺(CT)和超塑性预处理工艺(SPPT)对7A04铝合金显微组织和力学性能的影响。结果表明传统处理工艺的晶粒尺寸为30μm,超塑性预处理的晶粒尺寸为11μm。经超塑性预处理后合金在保持较高塑性的同时也有较高的强度,比传统处理工艺在强度上提高3.5%,塑性提高25.7%。

多级固溶对7A04铝合金的力学性能和剥落腐蚀性能的影响

通过金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、室温拉伸及腐蚀剥落性能测试,研究多级固溶处理对7A04铝合金的微观组织、力学性能及剥落腐蚀行为的影响。研究结果表明:7A04铝合金经三级固溶(470℃/2 h+480℃/1 h+490℃/0.5 h)后第二相含量较单级与双级固溶分别减少了36.9%和28.2%;120℃/24 h时效后,抗拉强度Rm,屈服强度R_(p0.2)和伸长率A分别达到718.8 MPa,660.3 MPa和10.6%;当固溶处理工艺从单固溶处理升级到三级固溶处理时,剥蚀敏感性降低,铝合金的耐剥蚀性能等级由EC提高到EA^-。

7A04铝合金动态再结晶的临界应变研究

通过Gleeble热力模拟获得了7A04铝合金恒温和恒应变速率条件下的压缩应力-应变曲线,温度范围和应变速率范围分别为350～450℃和0.01～10s-1。在峰值应力的双曲正弦模型基础上,测定了7A04铝合金热变形激活能Q;并利用加工硬化率θ和Sellars模型结构,自主建立了7A04铝合金动态再结晶的临界应变本构模型。结果表明:由动态再结晶临界应变本构模型得到的结果与Gleeble热力模拟实验结果基本吻合,该本构模型可较准确地预测7A04铝合金热成形过程中的动态再结晶发生的临界点。

形变热处理对7A04铝合金组织和性能的影响

采用力学性能测试、金相显微分析和TEM等方法。研究了形变热处理工艺对7A04铝合金的组织和性能的影响。结果表明：形变热处理是使7A04铝合金的塑性和强度同时提高的有效途径。

提高7A04铝合金强度的工艺研究

采用深冷技术处理7A04铝合金,通过金相组织分析和力学性能测试,研究了深冷处理对7A04铝合金组织和力学性能的影响。结果表明:采用480℃×80min+120℃×4h深冷+120℃×16h工艺处理后,7A04铝合金的晶粒细化,强度显著提高。

支撑板孔径对7A04-T6铝合金板冷挤压后孔周环向残余应力分布的影响

使用非线性有限元软件建立了含孔7A04-T6铝合金板的开缝衬套冷挤压模型,模拟了开缝衬套冷挤压过程,对冷挤压后孔周环向残余应力的分布进行了预测,并与实测结果进行对比,最后探讨了不同支撑板孔径下冷挤压后孔周环向残余应力的分布。结果表明:孔周环向残余应力的模拟结果与实测结果较为吻合;随着支撑板孔径增大,板件入口层处残余压应力有增大的趋势;当支撑板孔径小于11.74mm时,在孔边出口层会形成明显的凸台,造成残余压应力突变,出口层残余应力峰值出现在支撑板孔边所在处;随着支撑板孔径增大,板件出口层环向残余应力逐渐趋向平滑,凸台现象逐渐减缓。

7A04铝合金高温固溶的微观组织和力学性能

以7A04铝合金为例,通过高温预热装炉和高温短时固溶处理,结合金相组织观察和力学性能测试,研究了高温固溶处理对高强铝合金组织和性能的影响。结果表明:固溶时间相同时,随着固溶温度的提高,合金的强度提高,塑性变化不大;高温短时固溶合金强度的增加,主要得益于高温固溶时空位浓度的增加;采用500℃高温预热装炉、510℃20min固溶和140℃6h+150℃1h时效,使7A04铝合金的Rm,Rp0.2和A值分别达到了652.3N/mm2、553.7N/mm2和12 6%,而未见明显的过烧组织。

晶粒尺寸对7A04铝合金热变形行为的影响研究

采用Gleeble-1500热模拟试验机对不同晶粒尺寸的7A04铝合金进行了热压缩试验,研究了变形温度为320~480℃、应变速率为0.001~1 s-1时的晶粒尺寸对热变形行为的影响。利用金相显微镜分析了合金的微观组织。结果表明：在相同变形条件下,粗晶铝合金流变应力明显高于细晶铝合金的流变应力。不同晶粒尺寸的塑性变形机制在320、480℃分别为动态回复和动态再结晶。粗晶与细晶7A04铝合金的本构方程存在明显的差异,其热激活能分别为143.4、125.6 k J/mol。

脉冲电磁能对7A04铝合金凝固组织细化机理的影响

在7A04铝合金凝固过程中施加脉冲电磁场,研究了脉冲电磁能对其凝固组织细化的影响,同时结合形核动力学进行了细化机理的研究。结果表明:在脉冲电磁能作用下,7A04铝合金可形成细小圆润的等轴晶,且细化程度与电磁能密度成正比。在频率为20 Hz时,磁能密度最大为2312 J/m^3,磁能渗入效果最佳,合金的平均晶粒尺寸减小30%。动力学分析认为,脉冲电磁能降低了体系形核所需的临界吉布斯自由能,形核率提升是合金晶粒细化的重要原因。