轻质合金胶接接头强度的胶层厚度依赖性的实验研究

实验研究了胶层厚度对轻质铝合金单搭接头总体强度的影响规律,并探讨了接头总体强度-胶层厚度关系曲线变化趋势的相关影响因素,具体评估了胶黏剂韧性的影响。实验结果表明:当胶层厚度改变时,韧性胶黏剂对应胶接接头总体强度的变化程度,比脆性胶黏剂对应的情况要剧烈,当厚度处于较小范围的时候,这种现象表现得尤为明显。当胶层厚度大于临界厚度时,胶接接头的总体强度表现为胶黏剂的宏观剪切强度。实验结果与已有模型预测结果吻合较好。

碳纤维复合材料和轻质合金在新能源汽车轻量化上的应用实践

结合江苏某新能源乘用车有限公司在碳纤维复合材料和轻质合金轻量化上的技术路线和实际产品应用案例,从材料选择、产品结构、生产工艺、回收维修等方面重点分析轻质合金和以碳纤维为主的纤维增强树脂基复合材料在新能源汽车轻量化上的应用效能。同时对新材料、新工艺在新能源汽车产业中的应用和推广提出参考意见。

(Ti_(60)Cr_(30)Nb_(10))_(100-x)Al_(x)轻质中熵合金的力学与腐蚀性能

研究轻质(Ti_(60)Cr_(30)Nb_(10))_(100-x)Al_(x)(x=0,5,7.5,10,摩尔分数,%)中熵合金在铸态和均匀化态下的显微组织、力学性能和腐蚀行为。结果表明,随着Al含量从0增加到10%(摩尔分数),铸态合金均由相同的相组成,即体心立方(BCC)相和少量TiCr2型Laves相组成。均匀化后,所有合金均由单相BCC组成。此外,(Ti_(60)Cr_(30)Nb_(10))_(95)A_(l5)中熵合金表现出在铸态和均匀态条件下最优异的力学性能,屈服强度分别约为1048 MPa和1017 MPa,同时保持超50%压缩应变。与TC4和铸态(Ti_(60)Cr_(30)Nb_(10))_(95)A_(l5)合金相比,均匀态(Ti_(60)Cr_(30)Nb_(10))_(95)A_(l5)合金表现出更优异的耐腐蚀性能,这主要归因于均匀的显微组织与化学成分。

轻质铝合金复杂异形构件的铣削数值模拟仿真与试验

轻质铝合金材料在加工中易产生弹塑性变形和黏刀现象,并且复杂异形构件的壁厚小、曲面多以及切削深度较大,使轻质铝合金复杂异形构件加工难度大。利用数值模拟对金属材料去除过程进行仿真模拟,探究切削参数对切削力和扭矩等的影响,并进行了试验验证。试验和仿真数据表明:仿真预测值与实测值间的误差在可接受范围内;在一定范围内,铣削温度随切削深度的变化较小,切削深度、切削速度对切削力、扭矩的变化影响较大,选择合适的切削深度和切削速度对金属切削的加工质量有显著影响,得到最优铣削参数组合为切削深度a_(p)=0.4mm,切削速度v_(c)=5.5mm/s。

轻质合金无铆塑性连接方式及其关键技术的探讨

为了实现车身的轻量化,很多轻质材料如铝合金、镁合金等得到了广泛应用。无铆塑性连接在轻质材料的连接上具有巨大优势。无铆塑性连接利用板材的塑性变形产生机械锁而实现连接,可以应用于连接表面有镀层和不可焊接的板材。首先介绍了板材无铆连接方式及其机制,将其成形过程分为3个阶段。介绍了无铆连接的优点,并对无铆连接、锁铆连接和点焊等连接方式进行了对比。分析了轻质合金板材无铆连接的关键技术。无铆连接的关键技术包括模具几何形状参数、机械锁结构参数、被连接材料板材表面状况、塑性变形程度的大小及对失效模式的影响等。

Fe-28Mn-9Al-1C轻质合金钢的热变形行为

采用Gleeble1500D热模拟实验机对Fe-28Mn-9Al-1C轻质合金钢在温度为900~1100℃和应变速率为0.01~5 s^(-1)范围内进行了热压缩实验,建立了其本构模型,分析了实验钢组织演化规律和变形机制。结果表明:实验钢流动应力对变形温度呈现负温度敏感性,对应变速率呈现出正应变速率敏感性,即流动应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的增大而增大,流动应力峰值最大值达523 MPa。经计算,实验钢平均热变形激活能Q为364271.45 J/mol,表观应力指数(n)为4.049,本构方程为:̇ε=1.024×10^(14)[sinh(0.0046σ)]^(4.049)exp(-364271.45/RT)。实验钢的动态再结晶平均晶粒尺寸随变形温度的升高和应变速率的降低而增大,高温低应变速率有利于实验钢动态再结晶的发生。

激光温喷丸强化航空轻质合金的振动模态及疲劳延寿机理

面向航空关键零部件的振动疲劳失效,本文以2024-T351铝合金为对象,探索激光温喷丸技术(Warm laser peening,WLP)诱导的微观组织演变及其对残余应力和模态参量的影响规律,研究WLP的振动疲劳延寿机制。主要内容有:(1)残余压应力的生成及释放机制:分析了WLP诱导的残余应力分布规律,推导了WLP诱导残余压应力峰值及塑性变形深度的理论分析模型。研究了WLP过程中的应力应变本构模型,建立了残余应力场的数值分析方法.

电弧堆焊轻质多主元合金熔覆层的组织和力学性能

轻质多主元合金是一种新型的轻质合金,拥有独特的晶体结构以及力学性能,在航空航天领域具有极大的发展潜力。本文采用电弧堆焊的方法在TC4钛合金表面制备Al-Ti-Cu轻质多主元合金熔覆层,堆焊材料为Al-Ti-Cu绞股焊丝,制备出的熔覆层与基体呈现出良好的冶金结合,进一步拓宽了轻质多主元合金的应用。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)对熔覆层的组织和力学性能进行了研究。借助密度测试仪、维氏硬度仪、摩擦磨损测试仪、万能力学性能测试机对熔覆层的密度、硬度、耐磨性和强度进行研究。结果表明,熔覆层主要存在BCC结构的AlCu_(2)Ti相和少量的CuO相和Fe_(2)Ti_(3)O_(9)相。熔覆层枝晶形态整体呈现为花瓣状。在室温下,熔覆层的平均硬度为340.8 HV,熔覆层干摩擦磨损失效形式为粘着磨损和氧化磨损;熔覆层耐磨性强于45钢、磨损体积是45钢的85%。熔覆层密度为4.88 g/cm^(3),压缩率为26%,压缩强度为1187 MPa,比强度约为2.661×10^(5)(N·m^(-2))/(kg·m^(-3))。接近Ti合金的比强度,属于比强度较高的轻质合金。

等温处理对AlMgLi_(0.5)Zn_(0.5)Cu_(0.2)轻质高熵合金半固态组织影响

采用等温热处理法制备AlMgLi_(0.5)Zn_(0.5)Cu_(0.2)轻质高熵合金半固态坯料,研究保温温度和保温时间对AlMgLi_(0.5)Zn_(0.5)Cu_(0.2)轻质高熵合金半固态组织演变影响。结果表明:随着保温温度增加,AlMgLi_(0.5)Zn_(0.5)Cu_(0.2)轻质高熵合金的晶粒平均尺寸先减小后增大,而圆整度先增大后减小。随着保温时间的延长,AlMgLi_(0.5)Zn_(0.5)Cu_(0.2)轻质高熵合金的晶粒平均尺寸和圆整度均增加。在460℃保温60 min时,AlMgLi_(0.5)Zn_(0.5)Cu_(0.2)轻质高熵合金的的半固态组织最佳,晶粒平均尺寸为41μm,圆整度为0.82,粗化系数K=20.95μm3/s。

轻质高熵合金Al_(20)Li_(20)Mg_(10)Sc_(20)Ti_(30)弹性性质第一性原理的研究

采用特殊准随机结构(Special Quasi-random Structure,SQS)来处理高熵合金的化学无序性,进而采用第一性原理,研究了面心立方结构(Face-Centered Cubic,FCC)及密排六方结构(Hexagonal Close Packed,HCP)的轻质高熵合金Al_(20)Li_(20)Mg_(10)Sc_(20)Ti_(30)的弹性性质。结果表明,2种结构都是力学稳定的,FCC结构具有更高的硬度,而HCP结构则具有更好的抗压缩性、更好的延展性及更小的弹性各向异性。

轻质高熵合金研究现状

高熵合金由于具有独特的合金设计理念和优异的性能而受到广泛关注。早期的高熵合金主要基于过渡族元素、难熔元素或者稀土元素,密度相对较高,从而极大限制了其应用。轻质高熵合金是基于Al、Li、Mg、Ti等轻质元素开发的一类新型高熵合金,在材料轻量化的趋势下,关于轻质高熵合金的研究逐渐增多。轻质高熵合金作为高熵合金的新分支,具有低密度、低模量、高比强度、高比硬度的独特优势。除此之外,轻质高熵合金还具有高熵合金的高强度、高硬度、优异的耐磨性、良好的耐氧化性、优异的耐腐蚀性、良好的抗高温氧化和抗高温软化性能以及良好的生物相容性等特点。这些性能上的优势使得轻质高熵合金在航空航天以及生物科技领域极具应用潜力。目前,轻质高熵合金的研究主要涉及成分开发、制备、组织结构表征、性能特点等。新成分的开发与设计主要利用经验参数与相图计算以及第一性原理计算相结合的方法。合金的制备以感应熔炼、电弧熔炼和机械合金化等方法为主;轻质高熵合金的相组成与组织结构通常包括非晶态组织、单相多晶组织、多相复杂组织等;其性能方面的研究主要涉及力学方面的强度、硬度、高温蠕变等,还包括抗氧化性、耐蚀性以及生物相容性等。本文从轻质高熵合金的成分设计、制备方法、组织特征、性能特点等方面进行了综述,并指出了轻质高熵合金所面临的问题与挑战。

轻质高熵合金的研究进展

目前以一种或两种金属元素为主元的传统轻质合金在工业应用上有诸多局限性,如铝合金室温强度低、镁合金室温塑性和耐腐蚀性差且不易加工等。2004年叶均蔚首次正式提出高熵合金概念。高熵合金概念的提出为轻质合金的发展提供了新方向。区别于传统轻质合金,轻质高熵合金具有多种主元元素且混合熵较高,往往倾向于生成简单固溶体相。且轻质高熵合金表现出四大显著效应,即热力学上的高熵效应、动力学上的缓慢扩散效应、结构上的晶格畸变效应及性能上的"鸡尾酒"效应。独特的晶体结构和特性,使得轻质高熵合金具有传统轻质合金无法比拟的优点,如高强度、高硬度、优良的高温抗氧化性和耐腐蚀性能等。综述了轻质高熵合金的研究现状,阐述了轻质高熵合金的组元设计、制备方法、微观结构及合金性能,分析了轻质高熵合金现存的问题,并对轻质高熵合金未来的发展趋势进行了展望。

轻质高熵合金的研究现状与发展趋势

高熵合金只有15年的研究历史,由于具有独特的成分设计、简单的微观结构、优异的性能而受到广泛关注。根据元素的选取不同,高熵合金也被划分为3d过渡金属元素高熵合金、难熔高熵合金、镧系过渡金属元素高熵合金以及轻质高熵合金等。其中,轻质高熵合金在2010年之后才进入人们的视野,其组成元素大多为轻金属,在具备高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀等优异性能的同时,还具备密度小的优点,可用于航空航天、新能源汽车、军事工业等领域,具有远大的发展前景。然而,制约轻质高熵合金发展的因素也很多,主要为理论机制的不完善、制备工艺的不成熟以及生产成本高昂。理论机制不完善主要体现在高熵合金的相结构难以预测以及四大效应不能完全解释高熵合金微观结构和性能的独特性;制备工艺的不成熟主要体现在块体轻质高熵金的制备方式较少且不利于大批量工业生产;成本高昂主要体现在大多数轻金属单质价格昂贵且每种元素在轻质高熵合金中的成分占比较高。由于发展历程较短,上述问题还不能得到有效解决,目前对轻质高熵合金的研究集中在:根据现有的理论及生产水平,设计密度低、力学性能优异的新型合金。目前,成功开发出的轻质高熵合金有Al 20 Li 20 Mg 10 Sc 20 Ti 30、Al 20 Be 20 Fe 10 Si 15 Ti 35以及AlLiMgZnSn等,这些合金分别采用机械合金化法、电弧熔炼法以及感应熔炼法进行制备,拥有低密度、高强度的优点,这些制备工艺为今后的研究提供指导。本文归纳了轻质高熵合金的研究进展,分别对轻质高熵合金的四大效应、设计原则、制备工艺、微观结构和力学性能进行了介绍,分析了现阶段轻质高熵合金研究的不足之处并对轻质高熵合金未来在生产生活中的应用进行了展望。

轻质高熵合金的研究现状

高熵合金(HEAs)作为一种新型多主元固溶体合金,其独特的合金设计理念和优异的性能引起了科研人员的普遍关注,成为当前材料研究的热点。其中,轻质高熵合金(LWHEAs)是基于高熵合金的轻量化而设计开发的一种新型轻质合金,它具有传统轻质合金所无法比拟的高比强度和比硬度等突出特点,在航空航天、能源交通和电子通讯等领域显示出巨大的应用潜力。目前,轻质高熵合金的研究还处于起步阶段,存在许多不足之处:(1)在合金设计方面,大部分轻质高熵合金的开发都是基于传统的由过渡族元素组成的高熵合金的经验准则,缺乏可靠的成分设计方法;(2)在合金制备方面,当前的工艺尚难以制备出组织结构简单、性能优异的大块轻质高熵合金材料。近年来,研究者们实验探索了近百种轻质高熵合金,并积极寻求适合于轻质高熵合金相结构预测的经验准则,这些准则涉及的热物理参数包括混合熵(ΔS mix)、混合焓(ΔH mix)、原子半径差(δ)和价电子浓度(VEC)等。最近,利用计算机模拟设计轻质高熵合金的方法逐渐发展起来,包括采用相图计算(CALPHAD)及第一性原理计算(DFT)预测轻质高熵合金的相形成和相转变等,并展现出较明显的优势。轻质高熵合金的制备最初主要采用真空熔铸法,但采用该方法制备的轻质高熵合金显微组织普遍比较复杂。近几年的研究工作尝试采用机械合金化来制备轻质高熵合金,降低了合金形成金属间化合物(IM)等复杂相的趋势,获得了组织结构更加单一的轻质高熵合金。此外,尽管现有多数铸态轻质高熵合金组织复杂、塑性较差,但富铝(或富镁)型轻质高熵合金倾向于形成以固溶体(SS)相为主、加微量IM相的较为简单的显微结构,展现出良好的强韧结合性能潜力。本文基于当前轻质高熵合金研究现状,从轻质元素选取规则入手,总结了轻质高熵合金的设计方法、制备工艺以及显微结构和性能。此外,详细探讨了轻质高熵合金的经验相形成准则,提出了适应Ⅰ型和Ⅱ型轻质高熵合金的相形成准则,对未来轻质高熵合金设计具有一定的指导意义。最后,指出了当前轻质高熵合金研究中存在的主要问题并展望了未来的研究方向。

Ti-V-Al轻质记忆合金的研究进展

Ti-V-Al合金基于β■α''热弹性马氏体相变而呈现出形状记忆效应。同时,Ti-V-Al合金不仅呈现出良好的冷热加工性能,还具有较低的密度,这可满足当今航空航天领域对轻量化制造的需求。文中主要综述国内外研究学者在Ti-V-Al轻质记忆合金研究方面的重要工作和进展,其中重点阐述了Ti-V-Al轻质记忆合金热循环稳定性、力学性能与功能特性方面的研究。最后,简单阐述了Ti-V-Al轻质记忆合金功能特性的演化规律与机制,并对后续Ti-V-Al轻质记忆合金的发展方向进行了展望。

V与Ce微量添加对Al0.5CoCu0.5NiSi系轻质高熵合金组织与力学性能的影响

研究制备Al0.5CoCu0.5NiSi（V、Ce）系列轻质高熵合金。分析了微量添加V与Ce对合金组织与力学性能的影响。结果表明：Al0.5CoCu0.5NiSi轻质高熵合金的物相结构为AlNi基bcc固溶体相＋Ni2Si或Co2Si基δ脆性相。加入V或V和Ce微合金化后,最强衍射峰左移,晶格常数变大,但物相结构均保持不变。母合金抗压强度为1298MPa、断裂应变为2.22%、合金的塑性变形很小。加入V后,该合金的抗压强度相比母合金提高了将近270MPa、断裂应变为2.84%。在含V高熵合金中加入Ce后,该合金的抗压强度与母合金相当,断裂应变为4.29%。整体上3种合金的强度较高、塑性较差,可制备成粉末用于金属表面防护。

AlMgLi_(0.5) Zn_(0.5) Cu_(0.2)轻质高熵合金的组织和耐腐蚀性研究

采用Al、Mg、Li、Cu、Zn五种元素,通过磁悬浮熔炼制备了AlMgLi_(0.5) Zn_(0.5) Cu_(0.2)轻质高熵合金。利用XRD、SEM分析了热处理对AlMgLi_(0.5) Zn_(0.5)-Cu_(0.2)轻质高熵合金微观组织形貌的影响。利用ES-D电子天平和CS350电化学工作站检测了AlMgLi_(0.5) Zn_(0.5) Cu_(0.2)轻质高熵合金的密度和耐腐蚀性。结果表明:AlMgLi_(0.5) Zn_(0.5) Cu_(0.2)轻质高熵合金的密度为2.851 g/cm^(3)。经过热处理后,AlMgLi_(0.5) Zn_(0.5) Cu_(0.2)轻质高熵合金晶界处含Mg_(32)(AlZn)_(49)相的共晶组织减少,形貌由条状变为点状。经过300℃热处理以后,FCC1相枝晶组织细化且变得更加均匀;FCC1相中的Cu元素固溶到基体内,提高了合金的耐腐蚀性能。但是经过300℃+120℃热处理后,FCC1相变为等轴状,FCC1基体表面有FCC2(富Cu相)析出,构成了微小腐蚀电池,降低了合金的耐腐蚀性能。

轻质镁合金鼓胀吸能结构吸能特性研究

为提高轨道车辆耐撞性,提出一种轻量化镁合金鼓胀吸能结构。该结构在保证吸能性能的基础上,能极大地降低自重。首先设计镁合金鼓胀管吸能结构几何模型,并加工与之对应的实物样机。随后通过准静态压缩试验手段,开展结构力学特性研究。在压缩过程中,管结构逐步发生径向扩张塑性变形,变形模式稳定可控。在此基础上研究锥头锥角、锥头外径、吸能管壁厚等几何参数对鼓胀管吸能性能影响,研究结果表明:随着锥头锥角、外径以及管壁厚度的增大,结构的最大峰值力、平均力、吸能量及比吸能均增加。分别对比镁合金、铝合金、碳钢吸能管的特性,得出比吸能分别为10,9.6和7.6 J/g,镁合金管具有较高的比吸能。

轻质高强度铝合金模板早拆体系技术在超高层建筑的应用

传统施工模板系统中,面板主要采用是胶合板模板,成本略低,但重复使用率低,需要消耗木材资源,不利于生态环境和森林资源的保护;而支撑系统和连接件,多为钢管扣件和碗扣式脚手架。存在着施工效率低下。轻质高强度合金模板早拆体系技术,较好地解决了上述存在的问题,且能实现早拆模板体系。

Si元素掺杂对AlTiV轻质多主元合金微结构及硬度的影响

采用真空感应熔炼技术制备了Al_(20)(TiV)_(80-x)Si_(x)(x=0、0.7)轻质多主元合金。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和显微硬度计等表征合金的微观结构与力学性能,研究了Si元素掺杂以及均匀化退火对合金微观组织结构及显微硬度的影响。结果表明:铸态合金为单相BCC结构,并且晶粒粗大;退火后,有序B2相从合金基体中析出,提高了合金的硬度;Si元素的加入,促使合金晶粒尺寸减小,抑制了B2相长大。合金显微硬度最高为587 HV,比强度达到430 MPa·cm^(3)·g^(-1)。分析表明,合金的高显微硬度主要来源于合金的固溶强化、第二相沉淀以及高点阵阻力。