6082-T6铝合金构件及其超大跨空间结构的受力性能与设计方法

针对6082-T6铝合金,从材料力学性能、轴压与偏压构件稳定承载力、受弯构件受力性能方面进行了系统试验和数值仿真研究;建立了国产铝合金构件试验数据库,评估了中、欧、美规范及DSM、CSM共5种设计方法的可靠度水平;对6082-T6铝合金圆管及泡沫铝填充复合管开展侧向冲击试验与数值仿真研究,提出了构件动态响应计算方法,并建立了冲击下构件变形的预测方法;针对超大跨度铝合金巨型网格结构开展了探索性研究,提出了适用于超大跨度结构的新型节点形式及稳定受力性能分析。研究成果将对6082-T6铝合金构件及结构在工程中的推广应用、提升结构的承载与抗冲击防御能力提供依据与技术支撑。

6061-T6铝合金铣削参数对切削性能影响的有限元仿真与实验分析

铣削加工作为五金行业中常见的加工技术,其切削参数的合理选择不仅能提高刀具的加工效率,还会显著影响生产成本和产品质量。基于此,本研究利用有限元仿真与实验方法探讨6061-T6铝合金铣削过程中不同参数对切削性能的影响。通过建立6061-T6铝合金的有限元模型,分析铣削深度、铣削宽度和主轴转速对切削力和温度的影响。研究表明,切削深度对切削力影响最大,而铣削宽度对温度影响最显著。仿真结果与实验数据的偏差保持在30%以内,表明仿真数据具有较高的可信度。这证明仿真模型能有效反映实际铣削过程,为6061-T6铝合金的铣削加工提供理论依据和实践指导,有助于工业应用中铣削参数的优化和控制。

基于DOE方法的6061-T6铝合金焊接工艺参数优化研究

车体焊接是确保轨道交通车辆安全性与可靠性的关键环节,而焊接工艺参数的选择与控制则是决定焊接质量的重要因素。传统的焊接工艺参数获取方法依赖于大量的试验,导致试验周期长、成本高昂。为了高效、低成本地研究最佳焊接工艺参数,文章基于IGM公司的六轴自动化焊接机械手设备,以6061-T6铝合金为母材,采用DOE(试验设计)中的部分因子试验设计方法进行参数优化。通过合理的试验设计与结果分析,确定最佳焊接工艺参数组合为:送丝速度5.4 m/min,弧长修正3%,焊接速度53 cm/min,干伸长18 mm,脉冲频率2.5 Hz,有效降低了研究成本,缩短了试验周期。

6061铝合金搅拌摩擦沉积增材修复工艺及修复区性能

为了探讨修复工艺及模拟凹槽缺陷尺寸对搅拌摩擦沉积增材(additive friction stir deposition,AFSD)修复区组织及性能影响规律,对5 mm厚AA6061-T6板进行AFSD修复工艺试验.结果表明,对于3 mm深度、6~24 mm不同宽度凹槽缺陷,采用主轴转速400 r/min、移动速度150~300 mm/min修复工艺均能实现沉积层与基板的有效冶金连接.当凹槽宽度小于送料棒直径时,可以获得完全致密无缺陷的修复区;修复区附近可划分为修复沉积区、热力影响区、热影响区及母材.沉积区完全由细小等轴晶组成,晶粒尺寸相当于基材晶粒尺寸的9.1%~12.8%;在沉积区内主要强化相β"相几乎全部溶解,平均硬度为母材硬度的71.6%.在400 r/min和300 mm/min工艺下,凹槽宽度12 mm修复态力学性能最佳,抗拉强度和断后伸长率分别为197.4 MPa和10.92%,试样均断裂于母材热影响区与热力影响区的交界处,具有韧性断裂模式.当凹槽宽度为24 mm大于送料棒直径时,在400 r/min和150 mm/min工艺下力学性能最佳,修复态抗拉强度和断后伸长率分别为178.9MPa和7.74%,此时产生于沉积层与基材结合界面的弱连接是影响修复性能关键因素.

6061铝合金/DP600钢电阻点焊接头特征及力学性能

目的提升6061-T6铝合金/DP600双相钢电阻点焊接头的力学性能,以满足该焊接结构在汽车工业中的应用。方法对6061-T6铝合金与DP600双相钢分别进行了直接电阻点焊试验及添加Ni中间层的电阻点焊试验,采用光学显微镜、扫描电子显微镜及能谱仪分析了接头界面宏微观组织、化学成分、元素分布等,此外还采用接头拉剪试验进行了2种接头的力学性能测试,并对接头的断口形貌及断裂模式进行了分析。结果直接点焊接头熔核界面形成了厚度约为2.5μm的金属间化合物层,主要金属间化合物为靠近铝合金侧的Fe_(2)A_(l5)及靠近高强钢侧的Fe_(4)Al_(13)。直接点焊接头的拉剪载荷为3.1 kN,失效形式为界面断裂,断口呈以脆性为主的混合断裂特征。添加Ni中间层的点焊接头界面形成了Ni_(4)Al_(13)、Ni_(2)Al_(5)金属间化合物,抑制了焊接过程中Al-Fe互扩散并降低了Al-Fe金属间化合物的形成以及硬脆性Al-Fe金属间化合物对接头力学性能的影响,使接头拉剪载荷提高了67.7%,达到了5.2 kN,断口呈以韧性为主的混合断裂特征。结论添加Ni中间层可显著提升6061-T6铝合金/DP600双相钢电阻点焊接头的力学性能。

工艺参数对6061-T6铝合金激光焊接接头组织及性能的影响

采用激光自熔焊对4 mm厚的6061-T6铝合金板进行对接焊试验。通过金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜等分析手段对焊接接头的宏观形貌和微观组织进行观察。利用显微硬度计和万能拉伸试验机对焊接接头进行力学性能检测。结果显示:激光焊接参数对6061-T6铝合金焊缝宏观形貌有显著影响。采用适当的激光焊接参数能得到成型良好的焊缝和较低的气孔率。最优的焊接参数为激光功率4.8 kW,焊接速度30 mm/s,离焦量-1 mm。熔合线附近组织为垂直于熔合线方向生长的柱状晶,焊缝中心组织由细小的树枝晶组成,晶粒尺寸明显低于母材的。6061-T6铝合金激光焊接头的显微硬度曲线接近于“U”形,其中,焊缝中心硬度较低,约为65 HV。接头试样断裂位置均处于焊缝区,焊接接头的抗拉强度最高可达到母材的71.7%,断裂类型属于准解理断裂。

电解渗氢对6061-T6铝合金拉伸性能和断裂过程的影响

通过电解渗氢试验,研究了电流密度与渗氢时间对6061-T6铝合金拉伸性能及断裂过程的影响。结果表明:在电解渗氢过程中,氢原子在6061-T6铝合金试样表面氧化层吸附,这部分氢原子可在150℃以下发生低温脱附;氢原子还向合金内部扩散,在位错或晶界等位置偏聚,导致Al晶格畸变,这部分氢原子的脱附温度要高得多;随着电流密度的增大与渗氢时间的延长,6061-T6铝合金试样渗氢层深度逐渐增大,强度及塑性逐渐降低,准解理断口比例逐渐增大;电解渗氢后6061-T6铝合金的塑性指标下降明显。

时效处理对6061-T6铝合金板组织和力学性能的影响

通过采用拉伸试验、扫描电镜和光学显微镜等试验方法,研究了时效处理对6061-T6铝合金板力学性能和组织的影响。结果表明:时效温度过低或时效时间较少,合金弥散强化效果减弱;而时效温度过高或时效时间过长,析出的晶粒尺寸变大。随着时效温度的升高,抗拉强度先增大后减小,时效温度为190℃时铝合金的抗拉强度最大为336MPa,时效温度为150℃,时效时间为2 h,铝合金最大断后伸长率为21.47%。6061-T6铝合金的硬度受时效温度的影响较大,受时效时间的影响较小,在时效温度为170℃、时效时间为2 h时达到最大硬度114.2 HV。拉伸断口分析表明随着时效温度和时效时间的增加,韧窝的数量变少且深度变浅,材料的塑性较差。

随焊冲击抑制6061-T6铝合金接头软化行为研究

6061-T6铝合金焊后软化最严重的区域为焊接热影响区,易造成铝合金构件整体强度下降。为了抑制焊接接头的软化现象,通过新参数直流反接TIG焊以及随焊冲击实验对焊接接头进行强化,并通过维氏硬度计、扫描电子显微电镜、能谱分析仪和电化学工作站对冲击试样进行分析。结果发现:随焊冲击后焊接热影响区软化行为减弱,晶界析出的G.P区、Mg2Si、CuAl2以及β相的尺寸和聚集程度变小,晶粒得到细化。焊接热影响区冲击区腐蚀电流小于未冲击区,塔菲尔斜率大于未冲击区,抗腐蚀性能增强。

焊丝成分对6061-T6铝合金双脉冲MIG焊缝组织与性能的影响

用ER4043焊丝和ER5356焊丝对6061-T6薄板铝合金双脉冲MIG焊缝组织与性能进行研究。结果表明:用ER5356焊丝焊接时,6061-T6铝合金接头的屈服、抗拉强度及断后伸长率均高于以ER4043焊丝作为填充的焊接接头,前者的焊接系数为0.72,而后者仅为0.65;两者焊接接头的显微硬度均以焊缝为中心近似对称分布,最低值出现在接头热影响区中的淬火区,ER5356焊丝焊接时接头的硬度较ER4043焊丝高;以ER5356焊丝作为填充时,6061-T6铝合金的焊缝为细小的铸态组织,枝晶相对较细,而用ER4043焊丝焊接时,焊缝为粗大的铸态组织,且枝晶较发达,两者熔合区的近缝侧为柱状晶,靠近热影响区一侧为细小的等轴晶组织。与原始母材相比,热影响区的晶粒产生一定程度的粗化。两者淬火区的晶粒内虽然都产生少量的二次相,但以ER5356焊丝作为填充时淬火区中的二次相较细小,且呈弥散分布。

60mm厚度6061-T6铝合金板搅拌摩擦焊接接头微观组织与力学性能

采用搅拌摩擦焊接方法对6061-T6铝合金板进行了60mm双面对接焊实验,研究了搅拌摩擦焊接接头的微观组织与力学性能,结果表明:焊缝区微观组织沿厚度方向发生了不同程度的改变,焊接接头强度达到218MPa,为母材强度的70%;焊接热循环引发的金属强化相"重固溶"和"过时效"是接头力学性能下降的重要原因,其中前进侧热机影响区为焊缝薄弱环节。

A356-T6/6061-T6异种铝合金搅拌摩擦焊的工艺研究

通过对6 mm厚的A356-T6/6061-T6异种铝合金的搅拌摩擦焊工艺试验研究,采用OM、SEM、万能拉伸试验机、显微硬度仪等分析了母材位置、焊接速度对接头组织和性能的影响。研究结果表明:当旋转速度为1 000 r/min、焊接速度为100~400 mm/min时,均可获得内部无明显缺陷、外观良好的异种铝合金接头;A356-T6铝合金置于前进侧时有利于材料的迁移,焊缝区组织由典型的焊核区、热机械影响区和热影响区特征组织组成,焊核区域晶粒由表层向底层逐渐细化;接头拉伸性能随焊接速度的增加而增大;焊接速度较低时,A356合金位于前进侧有利于获得强度更高的接头,而焊接速度较高时,6061位于前进侧有利于获得高性能接头,且接头的屈服强度和延伸率均较A356位于前进侧时高;无论A356还是6061置于前进侧,接头的断裂位置均位于A356侧热影响区,与母材放置位置无关,这与焊缝硬度最小值区位置相吻合。

22mm 6061-T6铝合金板的搅拌摩擦焊接

采用搅拌摩擦焊(FSW)方法对厚度为22mm的6061-T6铝合金板进行单道对接焊实验,并对焊缝的力学性能和微观组织进行了分析。结果表明,用FSW方法焊接22mm厚的6061-T6铝合金板可得到成形美观、内部无缺陷的平板对接接头。在旋转速度为1000r/min、焊接速度为120mm/min时,其焊接接头的σb=205MPa,为母材强度的66%。

6061-T6铝合金搅拌摩擦焊接头的组织和性能

对4mm厚6061-T6铝合金进行了搅拌摩擦焊焊接,采用组织观察,拉伸试验和静态腐蚀失重试验对搅拌摩擦焊接头的显微组织和力学性能及腐蚀性能进行了研究。结果表明:接头焊核区发生了动态再结晶,形成了细小的等轴晶,热机影响区晶粒发生了较大程度的变形,热影响区晶粒发生了粗化;焊接速度为160mm·min-1时,接头的抗拉强度达到215MPa,为母材的76%,接头的断裂形式为韧性断裂;接头显微硬度分布曲线呈W形,沿焊缝中心线基本对称,前进边热影响区硬度低于母材的,是接头的薄弱环节;焊接速度为160mm·min-1时,焊缝的耐蚀性比母材的好。

6061-T6铝合金单轴时间相关循环变形行为

对6061-T6铝合金进行系统的单轴应变循环和应力循环实验,揭示该材料在室温和高温下的循环变形行为,讨论环境温度、加载速率、峰/谷值保持对其应变循环特性及棘轮行为的影响。结果表明,6061-T6铝合金表现出弱的循环软化特性,其棘轮行为不仅依赖于平均应力和应力幅值的大小,还依赖于加载历史。尽管该合金的单拉行为对应变率的变化不敏感,但其循环变形行为却体现出明显的时间相关特性,即:应变循环下,在峰/谷值有保持时的响应应力幅值明显小于没有保持时的值,且随着保持时间的增加,响应应力幅值将进一步减小;应力循环下,在峰值有保持时产生的棘轮应变比没有保持时的值大,且随着峰值保持时间的增加及应力率的降低,棘轮应变明显增大。

6061-T6铝合金板材热冲压成形极限图研究

自行设计并研制了一套获取板材热冲压成形极限图的试验系统,开展了6061-T6铝合金板材在不同应变路径及温度下的成形极限研究,获得了其在25~300℃的成形极限图。使用MSC.MARC软件对6061-T6铝合金板材的热冲压成形进行数值模拟,研究了失稳判断方法对不同温度下成形极限预测的影响。结果表明:6061-T6铝合金在室温下的极限应变值很低,塑性较差;变形温度升高到200℃时,极限应变值平均提高了99.5%;变形温度从200℃升高到300℃时,极限应变值进一步提高了23.5%,其塑性也显著提高。采用最大载荷判断法和应变路径判断法相结合的失稳状态判断准则能准确预测6061-T6铝合金的热成形极限,模拟结果和试验结果吻合较好。

6061-T6铝合金超声振动强化搅拌摩擦焊接头组织与性能

将超声振动施加在搅拌头前方的待焊工件上,开展了6061-T6铝合金板超声振动强化搅拌摩擦焊工艺试验。通过显微组织观察、拉伸试验和显微硬度测试来评价接头组织与性能,比较了超声振动条件下的接头组织与性能与常规搅拌摩擦焊接头的差异。试验结果表明,超声振动细化了焊核区和热机影响区的晶粒组织,提高了接头抗拉强度、断后伸长率和显微硬度。

高周疲劳载荷下6061-T6铝合金的温度演化

为了研究金属材料在疲劳载荷下的温度变化,采用红外热像系统对高周疲劳载荷下6061-T6铝合金的温度演化进行分析,用热像图对疲劳裂纹尖端的塑性区进行测量.结果显示,疲劳加载作用下,循环次数达到107次时6061-T6铝合金试样表面温度的变化分为四个阶段:初始温升阶段、温度缓降阶段、温度二次缓慢上升阶段和温度快速上升阶段.结合热弹性理论、铝合金塑性变形的微观机制分析并预测疲劳载荷下温度的演化和宏观裂纹扩展时裂纹尖端塑性区域大小.宏观裂纹开始扩展时,裂纹尖端的塑性区域可达3.6 mm2,红外热像仪测得结果为3.46 mm2,测试结果与理论结果吻合.

H形截面6061-T6铝合金轴心受压构件试验及计算方法研究

以长细比为主要参数,测试了6个两端铰支的H形截面6061-T6铝合金挤压型材轴压构件的稳定承载力,所有试件均在强轴平面内发生了整体弯曲屈曲,得到了实测稳定系数.同时进行了铝合金材料的性能测试,获得了材性数据.建立了有限元分析模型,并经由试验结果的验证.进行了参数分析,并据此建议了新的柱子曲线.将GB50429、EN1999和建议的柱子曲线与参数分析结果和国内现有试验数据分别进行了比较,发现这两部规范的计算结果很接近且均过于保守,而建议的柱子曲线与参数分析和试验结果均吻合最好且总体偏于安全,可供工程应用和规范修订参考.

铝合金6061-T6氩弧焊焊接工艺及其性能分析

采用手工钨极氩弧焊方法对6061-T6铝合金进行焊接试验,对焊接试件、试样分别进行了外观、无损检测、拉伸、弯曲、冲击、金相检测。检测结果表明:采用手工钨极氩弧焊焊接铝合金6061-T6试件的焊接变形较大;能够达到Ⅰ级焊缝;抗拉强度较低,只能达到铝合金母材抗拉强度的60%左右;冲击韧性值远高于母材的;面弯、背弯可以弯曲至120°;焊缝接头不同区域显微组织经全面观察,未发现有微裂纹产生;液氮冷却未影响氩弧焊力学性能。