移动感应加热异温轧制钛/铝复合板的协调变形和力学性能

提出了一种移动感应加热异温轧制制备钛/铝复合板的方法,应用电磁感应单独加热移动的钛板,与室温铝板轧制复合,实现钛和铝的协调变形,提高了复合板的结合强度。采用ANSYS有限元软件模拟移动感应加热过程中钛板的温度变化过程,确保在轧辊入口位置时,钛板沿宽度方向温度分布均匀。基于有限元模拟结果确定钛板移动速度和感应加热参数,并进行了移动感应加热和轧制复合实验,研究了不同压下率对于钛/铝复合板协调变形和结合强度的影响。结果表明:随着压下率的增加,钛/铝变形率差值先减小后增大,当轧制压下率为39.4%时,钛/铝轧制变形率基本一致,轧后复合板平直,界面剪切强度最高,达到124.6 MPa,剪切断裂发生在铝基体上。

铝过渡层对钛/铝爆炸焊接影响的数值模拟

目的研究中间过渡层对爆炸焊接质量的影响。方法利用ANSYSLS-DYNA有限元软件结合SPH方法分别对TA2/5083Al和TA2/1060Al/5083Al爆炸焊接过程进行数值模拟研究,对复板的碰撞速度、竖向位移、碰撞压力、碰撞角进行了研究。结果在有过渡层复合板上,特征单元A、B、C的碰撞速度分别为431、440、451m/s,在无过渡层复合板上,特征单元A、B、C的碰撞速度分别为541、552、563m/s;在相同特征单元下,有过渡层的最大碰撞压力为5.1GPa,无过渡层的碰撞压力为6.8GPa。添加过渡层后,碰撞速度、碰撞压力更小。碰撞点处特征单元数值模拟出的碰撞角分别为11.10°、14.40°,对应的理论计算碰撞角分别为11.30°、14.21°,误差幅度在1.32%~1.80%。结论在基复板之间添加过渡层铝,可以使复板产生多次碰撞进而划分总动能,从而达到减小动能的目的;可有效减小基复板的碰撞速度和碰撞压力,使基复板结合得更加牢固和平稳,使爆炸焊接质量更好,且碰撞角的数值模拟结果与理论计算结果基本吻合,证明理论计算公式具有一定的准确性。

双作用多级钛/铝复合液压缸的轻量化设计及校核

对一般脱轨事故的动车车辆实施顶复作业是一种常用的救援方法,对于顶复作业,液压起复机具是技术关键,其中液压缸是主要的支撑设备。为解决铁路救援设备液压缸重量大、携带不便等问题,设计了一种双作用多级钛/铝复合液压缸。在保证液压缸安全前提下,与原有液压缸重量作对比,通过轻量化设计后对比发现钛/铝复合液压缸缸体重量从29.5 kg降至21.9 kg,减重可达25.7%,且应力分布、材料利用率、液压缸耐腐蚀性能、耐磨性等指标均优于纯钛合金液压缸。对液压缸的轻量化开发不但提升铁路救援便捷性和效率,还为液压缸设计和制造水平开拓了新视野,更符合市场需求。

含夹层钛/铝爆炸焊接复合材料的界面特征及力学性能

通过爆炸焊接技术制备了含夹层的TC1/AA1060/AA6061复合材料,并对界面形貌和界面元素分布进行了研究。通过电子背散射衍射方法研究界面晶粒分布,并通过数值模拟得到的界面温度来解释晶粒分布。通过力学性能试验得到复合材料的拉伸和剪切力学性能。界面微观组织结构和力学性能的测试结果表明:TC1/AA1060/AA6061复合材料具有较好的焊接质量。两个界面形貌与数值模拟结果一致,数值模拟得到的界面温度可以解释界面和涡旋区域的晶粒分布。元素在TC1/AA1060界面的扩散宽度为12.3μm,未检测到金属间化合物。在两个涡流区只检测到Al和O元素。此外,还在界面附近不同区域进行了纳米压痕试验,TC1/AA1060界面的纳米硬度介于两侧材料之间,而AA1060/AA6061界面的纳米硬度小于两侧材料。

1060铝过渡层对钛/铝爆炸焊接影响的数值模拟

为了研究过渡层(1060Al)对于钛/铝复合板爆炸焊接的影响,以爆炸焊接理论为基础,在ANSYS/LS-DYNA软件中分别对TA2/5083Al与TA2/1060Al/5083Al(0.3/0.5 mm过渡层)复合板爆炸焊接进行数值仿真,并对比两组模型的位移变化、速度变化、压力变化。研究表明,在1.4 cm布药厚度情况下,在TA2与5083之间设置1060Al,可以使碰撞速度和碰撞压力的峰值得到显著下降,使基复板更加平稳地结合,获得较好的爆炸焊接复合板。

轧制参数对钛/铝轧制复合板的结合强度和剥离面SEM形貌的影响

研究了钛/铝的轧制复合工艺对轧后结合强度和剥离面形貌的影响。试验结果表明,钛的变形程度是控制结合强度和剥离面形貌的主要因素;轧制时铝的温度对结合也有重要的影响。在钛和铝的热轧复合中并存着3种结合机制。

钛/铝异种金属搅拌摩擦焊搭接接头的组织结构

采用搅拌摩擦焊对TC1钛合金和LF6铝合金异种金属进行了搭接连接,研究了接头的微观组织结构.结果表明,当搅拌头旋转频率为1 500 r/min、焊接速度为60mm/min时,能获得焊缝成形良好、无孔洞和裂纹等缺陷的搭接接头,搭接处铝合金和钛合金充分混合,形成焊核区.焊核两侧进入铝合金中的钛合金在搅拌针的挤压下发生了弯曲,使得钛/铝紧密结合.搭接接头中心部位的搭接界面区呈层状组织,可分为三层,靠近焊核和靠近钛合金母材一侧的均为黑白相间的条带状组织,含有焊接过程中生成的Ti-Al金属间化合物;夹在中间的为黑色片状组织和灰色基体上分布黑色颗粒的条带状组织,分别是被搅入界面区的钛合金母材和钛合金母材与铝合金母材的机械混合物.

钛/铝/镁爆炸焊复合板波形界面及力学性能

文中提出以薄的铝合金板作为过渡层,采用爆炸焊接技术成功制备钛/铝/镁层状复合材料.对钛/铝接合界面、铝/镁接合界面及钛/铝/镁爆炸复合板的整体力学性能进行了分析研究.OM和SEM试验结果表明,钛/铝接合界面和铝/镁接合界面均为波状接合界面,在铝/镁界面出现了局部熔化区;钛/铝接合界面为小尺寸波(λ=160μm,h=26μm),铝/镁接合界面为大尺寸波(λ=1 740μm,h=406μm);拉-剪试验表明,复合板沿着铝/镁接合界面断裂;弯曲性能测试表明,钛板一侧受拉时复合板弯曲强度和塑性均优于镁合金板一侧受拉,断裂始于铝/镁接合界面,最终从镁合金板一侧剪切断裂失效.

电流辅助钛/铝异种合金激光熔钎焊的特性

采用电流辅助激光熔钎焊的方法对钛/铝异种合金的焊接特性进行研究。结果表明:激光功率对钛/铝异种合金接头的力学性能及微观组织有着明显的影响;辅助电流可有效地降低焊接过程中所需的激光功率,促进焊丝及铝合金母材的熔化,提高液态金属对母材的润湿铺展能力,在一定程度上促进了界面反应。

钛/铝异种合金电弧熔钎焊接头界面特征及力学性能

采用AlSi5焊丝和交流TIG电弧实现了TC4钛合金和6056铝合金的熔钎焊连接,通过金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和拉伸试验等方法评价了接头界面微观组织特征和力学性能.结果表明,当焊接电流为30,40和60 A时,界面反应层分别呈棒状、块状和锥状分布,过大的热输入使界面产生了粗大柱状金属间化合物层,冷却时在焊接内应力作用下产生了冷裂纹.金属间化合物主要为TiAl3相,Si元素偏聚其内形成过饱和固溶体.接头强度-焊接电流曲线出现了两次峰值强度.焊接电流为30 A时,熔钎焊接头平均抗拉强度为103 MPa.焊接电流为60 A时,电弧形态扩张使能量密度降低,接头强度出现第二次峰值.

钛/铝复合板爆炸焊接技术研究进展

通过爆炸焊接技术制备的钛/铝复合板可兼具钛合金耐腐蚀性和铝合金低成本的优点。对钛/铝复合板爆炸焊接技术的研究进展进行介绍,论述了炸药种类、质量比R、基覆板间距及爆炸焊接窗口等主要工艺参数对钛/铝复合板组织和性能的影响;分析了影响钛/铝复合板结合界面的主要因素——金属间化合物种类、扩散层和界面波形;对钛/铝复合板硬度、抗剪切强度、抗拉强度及拉伸断口的研究进行了汇总分析。最后,指出了钛/铝复合板爆炸焊接工艺研究的重点发展方向。

钛/铝异种合金FSLW接头的成形与组织研究

以Ti-6Al-4V钛合金和7075-T6铝合金为对象,将钛合金作为搭接上板,研究了钛/铝异种合金搅拌摩擦搭接焊接头的成形与显微组织。结果表明,当搅拌头转速较高时,搭接界面处会产生因材料填充不及时而形成的孔洞缺陷;随着转速的降低,孔洞缺陷的尺寸逐渐减小,当转速为190 r/min时可获得缺陷极小的接头,连接界面处钛/铝合金结合良好。在本文所使用的焊接工艺中,整个焊接过程在β相变点以下进行。

钛/铝爆炸焊界面形成机制数值模拟与试验验证

以爆炸焊制备钛/铝复合板为例,利用数值模拟再现爆炸焊瞬态成形过程,并通过试验分析爆炸焊界面特征。结果表明,由于射流的侵彻作用,沿爆轰波传播方向,钛/铝复合板结合界面由平直结合向波形结合转变。起爆点处压力较小,出现边界效应。爆炸焊撞击区极高的碰撞压力,是促使界面产生塑性变及晶粒细化的原因。高速冲击导致爆炸焊界面缺陷增多,这为原子的扩散提供了通道,从而使钛、铝在界面产生互扩散,实现冶金结合。数值模拟结果与试验结果相吻合,揭示了钛/铝爆炸焊界面的形成机制。

焊后热处理对钛/铝FSB接头组织及性能的影响

研究了6082铝合金和TC4钛合金分别添加钎料锌和镍下的搅拌摩擦钎焊(FSB)搭接接头微观组织及焊后热处理后接头界面金属间化合物(IMC)的生成种类和先后顺序以及生长动力学模型。研究表明:添加钎料锌时,界面金属间化合物主要由AlZn、TiAl、TiAl2、TiAl3组成,先后顺序为TiAl2→TiAl3→TiAl→AlZn,并获得了界面IMC层的生长动力学模型为;添加钎料镍时,界面金属间化合物层主要由TiNi、Al3Ni2、Ti3Al和TiAl组成,先后顺序为776 K以下,Ti-Ni-Al焊接界面金属间化合物形成的顺序是Al3Ni2→TiNi→TiAl→Ti3Al,776 K以上时生成顺序为Al3Ni2→TiNi→Ti3Al→TiAl,并获得了界面IMC层的生长动力学模型。界面IMC层的厚度均随着温度的提高或保温时间的延长而增加。添加锌的接头的剪切强度由未热处理时的154 MPa提高到194 MPa,而添加钎料镍的接头由142 MPa提高至166 MPa。

钛/铝复合板研究进展

钛/铝复合板作为一种轻质高强、高耐磨、高耐蚀的优质材料,已经成为金属复合板发展的重要方向之一,在航空航天、石油化工等领域应用前景广泛。本文论述了钛/铝复合板的发展现状,简述了钛/铝复合板的传统制备方法,重点介绍了钛/铝复合板结合界面金属间化合物的种类和形成机制,评述了钛/铝复合板的力学性能和影响因素,并进一步展望了钛/铝复合板的绿色高效制备方法和发展方向。

采用爆炸-轧制法制备钛/铝复合板

主要对制备 1.5mm钛 /铝复合薄板的爆炸 轧制工艺进行了实验研究。通过实验 ,确定了TA1和 2A12这两种合金的爆炸焊接工艺参数。为了解决单张复合板在轧制过程中缠绕轧辊的问题 ,提出了两张爆炸焊接钛 /铝复合板的对称轧制工艺 ,并且得到了成功的应用。对于轧制过程中复合板钛层表面出现的间歇性开裂现象 ,也进行了详细的分析。

钛/铝异种合金电弧熔钎焊接接头的组织与断裂行为

采用Al-Si共晶钎料对TC4钛合金与2A12铝合金异种合金进行钨极氩弧焊接,研究焊接电流对焊接接头显微组织和力学性能的影响。结果表明:当焊接电流为110~120 A时,焊接接头的抗拉强度最高可达158 MPa,此时焊接接头上部断裂在焊缝中,下部断裂在钛合金与焊缝的界面上。焊缝组织主要由α(A1)基体和在晶界析出的A1-Si共晶相组成,而钛合金与液态钎料在接头界面上部化学反应形成3种不同形态的Ti Al3金属间化合物,而在接头界面下部只形成针状的τ1金属间化合物。当焊接电流达到并超过140 A时,接头界面化合物厚度显著增至300μm左右,导致抗拉强度急剧下降。

异温轧制制备钛/铝复合板的变形协调性与复合性能

采取只加热钛层的方法实现协调变形轧制制备钛/铝复合板,通过剪切实验、金相显微镜、扫描电子显微镜,研究压下率、钛层加热温度对钛/铝复合板的厚比分配、剪切强度和界面的影响。结果表明:随着钛层温度的升高和总轧制压下率的增大,钛铝复合板的钛层和铝层变形率差值逐渐减小;当温度为800℃,轧制压下率为50%时,铝层和钛层的变形率分别达到了51.4%和48.6%,钛铝复合板变形趋于协调。钛与铝的结合界面剪切强度达到107.5 MPa,基本接近铝基体的剪切强度。加热过程中钛板表面会产生氧化层,但是在较大轧制压下率下,钛的氧化层会撕裂,金属铝挤入裂缝与新鲜钛金属接触,在强大压力和高温作用下,钛、铝元素相互扩散从而达到牢固的冶金结合。

波纹辊冷轧钛/铝复合板的组织和力学性能研究

采用一种新型波纹辊冷轧技术成功制备出结合良好的钛/铝复合板。对比平辊轧制工艺,对所制备的钛/铝复合板结合界面及其整体力学性能进行了分析研究。SEM和EDS分析结果表明,与传统平辊轧制相比,波纹辊轧制的临界压下率更小,同等工艺下形成的波纹状界面结合率更高。拉伸实验表明,波纹辊一道次轧制复合板的平均抗拉强度达到269 MPa,二道次轧制复合板平均抗拉强度达到376 MPa,远高于钛/铝复合板的理论抗拉强度。弯曲实验表明,弯曲角度达到150°时,界面仍结合良好,无分层现象,复合板背弯性能略优于正弯性能。

工艺参数对钛/铝搅拌摩擦点焊成形及拉剪性能影响

对3 mm厚的TC4钛合金和3 mm厚的2A14铝合金进行直插式搅拌摩擦点焊试验,通过对各种工艺条件下的点焊接头焊点表面形貌观察和剪切拉伸试验。分析了不同工艺参数对点焊接头形貌和拉剪性能的影响。结果表明:在本次试验研究范围内,随着搅拌头旋转速度、轴肩下压量和停留时间等工艺参数变量的增加,焊点表面成型变好;当工艺参数增加的过大时,焊点表面成型又会重新变差。搅拌头旋转速度、轴肩下压量和停留时间等工艺参数对点焊接头剪切拉伸强度的影响都是随着该变量的增加呈现先增大后减小趋势;当搅拌头旋转转速为950 r/min、停留时间为9 s和轴肩下压量为0.3 mm时,焊点表面成型较好,此时接头的剪切拉伸载荷达到最大值,为7.262 k N。