ZL101/6061铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能研究

采用搅拌摩擦焊接ZL101铸造铝合金和6061铝合金,转速为1000 r/min,研究不同焊接速度和压入量对铝合金接头组织和性能的影响。结果表明:当焊接速度为150 mm/min,压入量为6 mm时,铝合金接头的成型较美观;接头主要以α(Al)相为基体,在基体上分布着Al4Si第二相;铝合金接头的抗拉强度达到最大值,为92.53 MPa;焊接接头的硬度总体上呈“W”趋势,焊核区硬度高,热机械影响区的硬度略微下降,热影响区的硬度又有所回升。此工艺参数条件下铝合金接头的耐腐蚀性能最好,自腐蚀电位和自腐蚀电流密度分别为-0.6933 V和3.17×10^(-7) A/cm^(2)。

T6态ZL105-(Pr+Ce)合金的组织及力学性能研究

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、EDS分析仪、布氏硬度与拉伸试验研究了混合稀土与T6热处理对ZL105合金的微观组织及力学性能的影响。结果表明,当添加0.5wt%的稀土(Pr+Ce)后,ZL105合金的α-Al相、共晶Si相及富Fe相均被细化。ZL105-0.5wt%(Pr+Ce)合金经T6热处理后,α-Al相进一步细化,晶粒趋于圆整,共晶Si相也进一步细化,由长条状转变为短颗粒状,但是富Fe相的形貌和尺寸没有发生明显变化。T6态ZL105-0.5wt%(Pr+Ce)合金的抗拉强度、伸长率及硬度分别为257.7 MPa、7.0%、98 HB。T6态ZL105-0.5wt%(Pr+Ce)合金的断口为典型的塑性断裂特征,断口表面出现了许多韧窝,主要以小韧窝为主,分布较均匀且密集。T6热处理后合金的力学性能得到了显著改善。

ZL114A铝合金本构关系与失效准则参数的确定

针对航空发动机机匣材料ZL114A铝合金,构建描述该材料在较大温度范围下大变形及失效行为的材料模型。通过万能试验机及分离式霍普金森压杆试验装置测试ZL114A铝合金在常温准静态、高温和高应变率下的力学性能,分析温度和应变率对材料流动应力的影响。采用有限元程序和优化算法反求25~375℃内材料的硬化参数,结合高应变率(1310~5964 s^(-1))下材料的动态行为关系,构建包含塑性应变、温度及应变率的经验型本构模型。开展缺口拉伸、缺口压缩等试验并建立相对应的有限元模型,获取材料在不同应力三轴度下的失效应变,标定分段形式的Johnson-Cook(J-C)失效准则参数。通过不同温度下的平板侵彻试验和数值模拟验证失效准则及其参数的有效性。结果表明,ZL114A铝合金具有明显的应变硬化、温度软化及高应变率强化特性;具有应力饱和特征的Hockett-Sherby(HS)硬化模型较为准确地描述材料大变形下的力学行为;构建的材料本构关系可以描述ZL114A铝合金在大应变、宽温度、高应变率下的力学行为;分段形式的失效准则具有预测不同温度下材料失效行为的能力。

ZL205A合金侧盖壳体铸造工艺研究与产品试制

模拟分析了重力铸造与低压铸造方法下ZL205A合金侧盖壳体铸件的充型、凝固过程及缺陷特征,进行了侧盖壳体铸件试制及性能对比。采用重力铸造时,模拟显示铸件充型速度快,紊流、混流现象严重,凝固速率慢且过程混乱,孔隙率高;样件表面及内部缩松、偏析等缺陷严重,基体组织及晶界中微观缩松与成分偏析交织显现。取样部位平均抗拉强度与伸长率为A区:400 MPa,3.1%,B区:444 MPa,3.4%,铸件为不合格品。采用低压铸造时,模拟显示铸件充型平稳,凝固速率快且自上而下顺序凝固,孔隙率低,样件探伤合格,组织均匀致密且微观缩松和偏析占比显著降低。取样部位平均抗拉强度与伸长率为A区:478 MPa,4.7%,B区:484 MPa,4.9%,铸件合格且性能优异。验证了低压铸造工艺对ZL205A合金侧盖壳体铸件的适应性与优势。

激光冲击强化对ZL205A铝合金组织及性能的影响

目的研究激光冲击强化处理对ZL205A铝合金表面完整性和力学性能的影响规律,改善材料的残余应力状态,提高材料的力学性能。方法利用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪对激光冲击前后试样的表面形貌与微观组织进行分析,通过显微硬度、纳米压痕和拉伸性能测试方法,对ZL205A铝合金激光冲击处理前后试样的硬度、纳米硬度和拉伸性能进行评价。结果ZL205A铝合金经过激光冲击处理后,表面粗糙度增加至(3.798±0.46)μm,同时在表层形成深度约为5μm、平均晶粒尺寸为100nm的纳米级晶粒,形成梯度结构。在基体表层引入了较大的残余压应力,最大残余应力达到–140.2MPa,表面显微硬度由(146.6±5.64)HV0.1增加至(173.8±8.87)HV0.1,经过纳米压痕测试可知,材料截面最大弹性模量为2.49GPa,极限抗拉强度、屈服强度、延伸率均增加,材料的力学性能得到提高。结论激光冲击强化处理使ZL205A铝合金表层发生塑性变形,细化了表层晶粒组织,提高了ZL205A铝合金基体的残余压应力、显微硬度、弹性模量,并有效提高了ZL205A铝合金的力学性能。

ZL102表面阳极氧化及性能研究

选用ZL102合金作为一种新型封装基板的中间镀层进行阳极氧化试验,制备厚的多孔层阳极氧化膜。研究了电解液、电流密度、温度、时间对阳极氧化膜的形貌特征、孔隙率、厚度、硬度、耐压性和热阻性能的影响,得到了综合性能最佳的厚膜实验条件。结果表明:ZL102铝合金在不同的电解液(硫酸、硫酸-草酸、硫酸-酒石酸、硫酸-柠檬酸)、电流密度(2~6 A/dm^(2))、温度(10~30℃)、时间(80~160 min)下均能形成颜色均一、表面光滑的氧化膜。综合性能最佳的厚阳极氧化膜的工艺条件为:硫酸-草酸为电解液,电流密度6 A/dm^(2),温度15℃,时间80 min。

稀土元素钇及热处理对ZL101铝合金组织与力学性能的影响

本文研究了稀土元素钇(Y)和固溶处理对Al-Si-Mg系ZL101微观组织以及力学性能的影响。结果表明,添加0.5%稀土Y可使合金内粗大的α-Al转变为均匀珊瑚状,发挥了明显的变质作用,同时可明显降低合金的抗拉强度和硬度,但对伸长率的提升并不显著。在固溶温度为525℃和时效温度为170℃时,依次对添加0.5% Y的ZL101进行1 h、2 h、3 h的固溶 + 时效处理。固溶 + 时效处理1 h时,珊瑚状α-Al变得粗大,共晶硅从过饱和固溶体中析出,ZL101的抗拉强度和伸长率明显提高。随着热处理时间的增加,共晶硅的形状逐渐粗化为长条状,拉伸断口解理断裂程度增加,力学性能逐渐下降。

WC粉体对ZL102合金组织和性能影响的研究

将不同量的WC粉体加入到ZL102合金试样,利用SEM、三维视频显微镜以及拉伸试验机等表征手段,研究WC粉体对ZL102合金性能的影响。试验结果表明:随着WC粉体加入量的增加,ZL102合金的微观组织明显细化,同时合金的力学性能得到明显的改善。当WC粉体加入量为0.20%时,ZL102合金获得了相对最好的显微组织和拉伸性能。共晶硅由不均匀分布的长针状逐渐转变为短棒状或点状在晶间均匀分布,晶粒组织从大量的柱状晶向等轴晶转化;抗拉强度及拉伸断口最大凸起高度先上升后下降,延伸率变化趋势不明显,抗拉强度237 MPa,提高了10.50%;拉伸断口最大凸起高度是1558.30μm,提高了72.21%。

钛碳硼复合粒子对ZL205A齿轮室铸件组织和力学性能的影响

采用一种新型的Al-TCB中间合金对ZL205A齿轮室铸件进行晶粒细化,研究了添加不同含量的Al-TCB中间合金对齿轮室铸件组织和力学性能的影响。结果表明,Al-TCB加入能明显细化ZL205A合金组织,当加入1.0%Al-TCB时,合金晶粒尺寸由240μm细化至60μm左右,合金晶粒细小、组织均匀、致密度高,析出的钛碳硼复合粒子为初生α-Al生长的异质形核质点。随着Al-TCB中间合金加入量的增加,断口形貌中韧窝区面积和析出相的密度同步增加,合金强韧化效果显著,试样的显微硬度、抗拉强度和伸长率最高达到HV143、502 MPa和5.1%。

冷轧Al-4Ti-1B变质剂对ZL205A合金组织和力学性能的影响

研究了冷轧对Al-4Ti-1B华夫块变质剂中TiAl3和TiB2相尺寸和形态的影响,及其对ZL205A合金组织和力学性能的影响。结果表明,冷轧能将Al-4Ti-1B变质剂中的杆状TiAl3相碎化成块状,导致TiAl3相尺寸减小,数量显著增加。与未冷轧Al-4Ti-1B华夫块变质剂细化ZL205A合金的晶粒相比,减少1/3加入量的冷轧Al-4Ti-1B华夫块变质剂实现了相当的晶粒细化效果。经T6热处理后,减少1/3加入量的冷轧Al-4Ti-1B华夫块变质合金的塑性比未冷轧华夫块变质合金高4%,但其抗拉强度降低5 MPa。其强度的降低可归因于固溶在基体中Ti原子数量减少导致的Al2Cu强化相数量的减少和尺寸的增大。

ZL28型滤棒成型机组刀盘喇叭嘴机构模型的建立及应用

为了将引进的ZL28型双通道纤维滤棒成型机组技术消化吸收,分析了ZL28型纤维滤棒成型机组滤棒切割装置的结构原理,根据切刀、喇叭嘴、滤条之间的位置关系,利用Creo软件仿真模拟出ZL28型纤维滤棒成型机组双通道滤棒切割装置的运动规律,建立ZL28型纤维滤棒成型机组滤棒切割装置的几何模型,从而推导出ZL28型纤维滤棒成型机组滤棒切割装置的数学模型,得出常用的滤棒长度与刀盘倾角、喇叭嘴旋转直径之间的关系和数值。将求解得到的数值与转让技术参数进行对比,等于或接近修正后的设计技术参数,证明所述方法正确,可以为生产多品规的滤棒提供技术支持。

ZL29滤棒成型机开松辊异响的诊断与维修

为了提高滤棒的质量、提高维修工对ZL29成型机开松辊异响故障的维修能力和维修效率、提升设备效率,通过深度分析成型机开松辊异响的原因,从系统结构触发深度剖析开松辊出现异响的故障的原因,并提出故障诊断的思路和的对应的维修方法,从而提高产品质量、设备效率以及维修水平。

ZL101合金的熔体过热处理工艺研究

利用熔体过热技术对ZL101合金进行了不同过热温度和保温时间的熔体处理,利用金相显微分析及硬度测试分析其工艺特点。结果表明在820°C保温25 min时组织形态最好,α-Al枝晶较细,共晶Si为短棒或颗粒状且分布均匀。经熔体过热处理后,ZL101的显微硬度得到了显著的提升。

ZL29型加香滤棒成型机甘油系统的优化改进

为解决ZL29型加香滤棒成型机组甘油系统中回油管路易堵塞、恒温箱缺料的问题,对机组中的甘油加香机进行优化改进。采用单独回流的方式优化甘油容器的回油路线;设计新的恒温箱,从而提高甘油供给的缓冲量和甘油加注的缓冲时间;采用电容式液位传感器检测甘油的液位高度,并在PLC中编写液位判断程序,实现主机与甘油加香机的联机控制。实验表明,改进后的ZL29型加香滤棒成型机未出现回油管堵塞和恒温箱缺料的现象,彻底解决了存在的问题,并实现了主机与甘油加香机的联机控制,保障加香滤棒生产的稳定性和可靠性。

ZL29型滤棒成型机板簧定位工装的设计及应用

ZL29型滤棒成型机板簧安装过程费时费力,影响设备维修和运行效率,且无法保证板簧安装精度,容易导致板簧使用寿命缩短等问题。通过对板簧尺寸、板簧与机身墙板的位置关系等进行研究分析,设计制作板簧定位工装,并对其使用效果进行跟踪检查。实验结果表明:板簧定位工装可以起到辅助定位作用,有效解决板簧安装费时费力的问题,能够提高板簧的安装效率和安装精度,保证板簧正常使用寿命。

ZL29成型机丝束带宽度检测及剔除装置的设计

ZL29成型机生产高透滤棒时,由于丝束带开松宽度过窄,容易引起丝束开松效果不良的问题,造成滤棒增塑剂含量低、重量轻、软棒等质量缺陷。设计丝束带宽度监测装置及不合格丝束带宽度生产滤棒的剔除装置,提高设备工艺控制精度,防止由于丝束带宽度不足引起的不合格滤棒进入下道工序,提升滤棒质量。

高温高压下建筑用ZL114A铝合金的失效研究

为提升ZL114A铝合金在高温高压下的性能,制备建筑用ZL114A铝合金材料,用4种工艺热处理铝合金试样。通过硬度、拉伸试验、断口分析、疲劳寿命试验、材料失效测试等开展ZL114A铝合金试样在高温高压下的结构失效研究。结果表明:固溶温度为545℃、固溶时间为10 h时制备的试样的抗拉强度与伸长率最高;在最大应力幅比下的疲劳寿命最高,可达到31450周次;400℃下,应变率为10 s^(-1)时,其抗压强度由220 MPa快速下降,出现了结构失效情况。ZL114A铝合金的最佳热处理工艺是固溶温度为545℃、固溶时间为10 h。

激光沉积修复铸造铝合金ZL114A变形与性能调控

采用激光沉积修复技术对铸造铝合金ZL114A基材进行修复,分析了修复区域组织和性能,并评估了沉积修复过程对尺寸变形的影响.结果表明,修复区界面冶金结合良好,界面区基材存在部分共晶Si重熔的现象;修复区组织以树枝晶和等轴晶为主,修复区底部为外延生长的树枝晶,修复区中部和顶部为等轴晶区.修复区细密、均匀的枝晶组织提高了修复区硬度,但在热影响区附近硬度值出现了下降趋势.经过T6态热处理可以提升修复区和基材的整体性能,50%修复比例条件下抗拉强度可以达到330 MPa.激光沉积修复变形量较小,可以保证低变形条件下机加零件或者返修零件的修复.

ZL102铝合金均压环夹板的断裂原因

某交流输电线路的ZL102铝合金均压环夹板发生断裂失效。对现场失效构件进行了理化检验,在模拟现场腐蚀环境中对ZL102铝合金进行电化学测试和腐蚀形貌观察,从而分析了材料的失效过程。结果表明:铸造缺陷是导致铝合金夹板失效的关键原因,在交流电作用下,铸造缺陷成为失效位点;铝合金失效过程主要分为腐蚀产物层的防护阶段、点蚀萌生和发育阶段和蚀坑纵向发展阶段;随着腐蚀时间的延长,开路电位表现为基本不变→正向偏移→基本不变的变化规律,腐蚀电流密度表现为缓慢增大→迅速增大→缓慢增大的变化规律,电荷转移电阻持续减小,但减小速率逐渐变缓。

自然停放时间对低压铸造ZL114A合金力学性能的影响

对低压铸造ZL114A铝合金先进行(540±5)℃×14.5 h固溶处理,再进行不同时间(1~8215 h)的自然时效处理,然后对自然停放1~100 h的试验合金进行(170±5)℃×4 h人工时效处理,研究了自然时效过程中合金硬度的变化以及停放时间对人工时效后合金力学性能的影响规律。结果表明:在自然时效过程中,试验合金的硬度整体呈增大趋势,时效8215 h时达到91.8 HBW,低于人工时效的110 HBW。随着停放时间的延长,人工时效后试验合金的抗拉强度和屈服强度先升高,在停放10 h时达到峰值,分别为355.0,303.3 MPa,随后降低,在停放50 h时降至最低值,分别为336.7,261.7 MPa,随后又有所升高。断后伸长率的变化规律与强度的变化规律相反。在自然停放过程中由于形核驱动力低,试验合金中形成界面能较低的pre-β″相,在人工时效过程中形成强化效果更为明显的β″相,这是强度在停放10 h内升高的原因;而后强度降低的主要原因为不稳定溶质原子偏聚区(GP区)在人工时效时发生了重溶;当停放时间超过50 h后,GP区长大到了稳定的晶核尺寸,在人工时效处理时不会发生重溶,强度回升。