重卡传动轴用高强7075铝合金热流变行为及径向锻造微观组织演变

为研究重型卡车轻量化传动轴用高强7075铝合金在径向锻造时的热变形行为,将大直径7075铝合金挤压棒料预热退火后,取样进行了不同变形条件下的等温压缩试验。分别考虑温度与应变速率对应变强化及软化的影响,构建了适用于中大型7075铝合金传动轴热加工的改进Hansel-Spittel本构模型。根据动态材料模型理论获得了7075铝合金的热加工图,并据此分析了7075铝合金棒料在典型径向锻造工艺中的组织变化。研究结果表明:改进Hansel-Spittel模型能更准确地模拟预热退火态7075铝合金的峰值和稳态流变应力,预测值与试验值的平均相对误差仅为2.71%;7075铝合金在温度为350~450℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)范围内具有较高的热加工稳定性,高温及低应变速率的变形条件有利于材料的微观组织演化;预热退火态7075铝合金棒料在经过截面收缩率为55.6%的径向锻造工艺和T6热处理后,原始板条晶粒转变为细化大转角晶粒组织,抗拉强度提高至651 MPa,延伸率提高至12.5%,综合性能得到显著改善。

铝-石墨烯复合镀层对7075铝合金硬度优化研究

在有机体系下制备了铝-石墨烯复合镀层,研究了7075铝合金硬度和耐磨性的优化工艺。采用正交试验研究了工艺参数对复合材料表面硬度和耐磨性的影响。采用单因素试验分析了石墨烯浓度和电流密度对硬度的影响规律。利用SEM、XRD、Raman光谱分别对复合镀层的微观形貌、相结构及石墨烯的存在进行表征分析。结果表明:各工艺参数对复合材料硬度和耐磨性的影响顺序均为石墨烯浓度>电流密度>电镀时间>搅拌速度。随着石墨烯浓度和电流密度的增大,复合材料硬度均出现先升后降的变化趋势。在优化工艺下,复合材料表面硬度较基体硬度提升了229.9%,而其摩擦系数较基体的降低了90.1%,说明了石墨烯优异的机械强度和自润滑性强化了复合材料的力学性能。

基于COMSOL的7075铝合金微弧氧化时间及正向电压对氧化膜层的影响

研究了微弧氧化时间及正向电压对7075铝合金膜层厚度以及生长趋势的影响。以7075铝合金为研究对象,在多物理场仿真软件COMSOL Mutiphysics的帮助下建立铝合金成膜过程中的物理模型,基于有限元的方法求解出了微弧氧化成膜过程中的膜层厚度变化。仿真得到特定时间或者特定电压下的膜层厚度分布图,根据仿真结果绘制了电压-膜层厚度曲线、时间-膜层厚度曲线。由仿真结果可以看出:当正向电压分别为350、400、450 V时,膜层的最大厚度分别为38.804、50.150、61.496μm;当微弧氧化时间分别为15、25、35、45 min时,膜层的最大厚度分别为25.075、41.792、58.508、75.225μm,且膜层厚度均呈现由中间向两侧逐渐减小的现象。根据仿真结果可以得出以下结论:随着正向电压的升高,膜层厚度增大;随着氧化时间的增加,膜层的厚度也增加。在膜层厚度分布上,越靠近阴极的位置膜层越厚,远离阴极的位置膜层比较薄,且不同参数下膜层的最厚点与最薄点出现的位置不变。

7075–O铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织与力学性能

时效硬化态7075铝合金搅拌摩擦焊接头塑性较低,给进一步变形加工带来困难。本文采用3 mm厚的7075–O铝合金板进行搅拌摩擦对接焊,研究焊接速度对接头组织和强塑性的影响,为获得高塑性的搅拌摩擦接头提供解决方案。结果表明,7075–O铝合金接头焊核区为细小的等轴晶粒,随焊接速度的增加,焊核区平均晶粒尺寸呈先减小后缓慢增加的趋势,当焊接速度为40 mm/min时,焊核区晶粒尺寸最小,约为1.96μm。不同焊接速度下接头横截面显微硬度呈“凸”形分布,接头区域发生明显硬化,其中焊核区硬度最高,约为145HV。7075–O铝合金搅拌摩擦焊工艺窗口较宽,焊接速度在20~80 mm/min范围内接头强度均高于母材强度,焊接件伸长率达母材的82%,采用7075–O铝合金不仅能够克服时效硬化态7075铝合金搅拌摩擦焊接头的软化问题,而且能够获得更高的伸长率。接头弯曲试验结果表明,7075–O铝合金搅拌摩擦焊接头能够承受更大的弯曲角度,极限弯曲角达105°,具备更加出色的塑性变形能力。

7075铝合金刚柔耦合结构表面疲劳性能探究

采用激光冲击强化技术改善7075铝合金疲劳性能,能够降低成本、提高效率。以7075铝合金为研究对象,通过对其在不同功率密度下的强化试验,测定其在激光冲击下的表面形貌及残余应力的分布情况,结合其疲劳试验,探究激光强化对材料性能的影响。结果表明:激光冲击强化使铝合金表面粗糙度增大,并产生残余压应力;当功率密度增加到10.19 GW/cm^(2)时,残余压应力不再增大;激光冲击试样的疲劳寿命比未冲击试样提高了1倍,减小了断裂扩展范围;残余压应力的存在增加了铝合金的裂纹萌生难度,延长了其疲劳寿命。

7075铝合金切削加工晶粒尺寸演化过程研究

金属材料在切削加工过程中,表层晶粒在机械载荷和热载荷的剧烈冲击作用下快速再结晶使表面形成晶粒细化层,该细化层严重影响材料使役性能。在研究切削加工晶粒尺寸演化机制的基础上,通过DEFORM仿真软件实现7075铝合金晶粒尺寸演化过程,开展单因素法试验,构建了晶粒尺寸关于切削速度、进给量的预测模型。结果表明:切削速度增加,表层晶粒尺寸增大,细化层厚度减小;进给量增加,晶粒尺寸和细化层厚度在温度和塑性变形共同作用下先增加后减小。通过实验验证,该模型能够较为准确地预测材料表面晶粒尺寸。

基于填充板条的7075铝合金激光焊接裂纹抑制方法

针对铝合金焊接易产生气孔、裂纹等缺陷问题,以7075-T6铝合金板材为研究对象,在观察脉冲激光焊接焊缝断面形貌的基础上,对不同工艺参数下的7075-T6铝合金激光焊接进行实验,以分析焊接裂纹产生原因。结果表明,随着时间的增加,各点的裂纹敏感性逐渐降低,当填充板条高度为1.9 mm时,焊缝的裂纹敏感性比临界值低,裂纹基本被抑制。

ER5356焊丝用于7075铝合金MIG焊接头热处理性能

采用MIG焊使用ER5356焊丝进行3 mm厚7075铝合金对接焊,焊后接头进行T6热处理。通过光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜与能谱仪结合室温拉伸、显微硬度与电化学腐蚀分析接头组织、力学性能与耐蚀性。结果表明:焊接时熔池流动将母材熔化部位的Zn,Cu等合金元素带入焊缝,析出MgZn_(2)与AlCuMg相,成为焊缝进行热处理强化的基础;热处理后,大部分析出相溶入基体形成固溶+时效强化,接头抗拉强度提升20%,焊缝硬度提升18.4%,耐蚀性提高。但由于从母材流入焊缝的合金元素含量有限,焊丝与母材力学性能的差异与热影响区软化现象无法消除。

7075铝合金无铬化学转化膜工艺的研究

采用无铬化工艺,以氟锆酸钾和氟钛酸钾为主盐,高锰酸钾作为着色剂,硫酸镁作为成膜促进剂,研发出一种金黄色无铬铝合金钛锆转化膜。利用单因素实验和正交实验确定了最优转化液组成和工艺条件,并通过铬酸盐点滴实验、塔菲尔极化曲线、NaCl溶液腐蚀实验等研究转化膜的耐腐蚀性能。结果表明:K2TiF66g/L,K2ZrF66g/L,KMnO420g/L,MgSO48g/L,在温度25℃、pH为3.7、反应时间7min条件下,制得的铝合金转化膜均匀、连续、带有金黄色。该工艺下制备的化学转化膜自腐蚀电流密度降低了两个数量级,其耐蚀性得到了明显的提高。

金属熔融沉积成型制备7075铝合金的显微组织和力学性能

以优化后的微晶蜡基喂料为原料,通过金属熔融沉积成型制备3D 7075 Al合金。通过热压实验评估蜡基黏合剂和粉末之间的亲和力,研究烧结铝合金的物相、形态演变、拉伸强度和摩擦性能。打印喂料表现出剪切变稀行为,可使熔融挤出过程变流畅,并获得较好表面质量且含少量层间堆积孔隙的3D坯件。在氮气中烧结铝合金的形态演变可分为4个阶段,包括500℃下Mg_(2)Si和Si的沉淀,560℃以上Mg_(2)Si的出现,合金粉末上氧化物层的氮化,以及620℃以上通过扩散过程增强的晶粒生长。3D 7075 Al合金的相对密度达95%,拉伸强度为120~141MPa,拉伸应变为1.0%~2.5%。

工艺参数对铸态7075铝合金管旋压成形强度的影响

工艺参数对铸态7075铝合金管旋压成形强度的影响至关重要。本文以抗拉强度与屈服强度作为成形质量指标,系统地分析了压下量、预热温度、进给比和摩擦条件等工艺参数对铸筒旋压件强度的影响。结果表明:随着压下量的增加,管的抗拉强度与屈服强度增加;随着预热温度的上升或者进给比的增加,管的抗拉强度与屈服强度先增加后减少;随着摩擦系数的增加,管的抗拉强度与屈服强度先增加后减少,但变化不明显。

7075铝合金多场耦合流变行为和软化机理

在应变速率为0.01~10 s^(-1),电流密度为18~27 A·mm^(-2),温度为150~330℃条件下,对7075铝合金进行了脉冲电流辅助拉伸实验。探讨了应变速率与电流密度对7075铝合金力学性能的影响,推导出耦合了电参数的修正Johnson-Cook本构模型,并进行了验证。为解析热、电与力的耦合关系提供了新的研究思路。结果表明,与室温相比,通电试样的断面形貌中出现尺寸更大、分布更规整的韧窝。应变速率0.1~1 s^(-1)和电流密度21~24 A·mm^(-2)对降低7075铝合金的流动应力有着显著影响,说明电流密度的影响存在阈值。并且修正后的Johnson-Cook模型在预测上展现出了较高的可靠性,模型预测与试验数据高度吻合,相关性达到0.9961,平均绝对相对误差仅为3.35%。

热处理对热轧7075铝合金组织和力学性能的影响

目的探究T6、T73和RRA热处理对不同道次压下量的热轧7075铝合金板材微观组织和力学性能的影响,确定不同道次压下量的热轧7075铝合金板材最优热处理工艺。方法分别将11%和16%道次压下量的热轧7075铝合金进行T6、T73和RRA热处理,并对热处理后的试样进行微观组织表征和力学性能测试。结果3种方式热处理后,11%道次压下量的热轧板材微观组织以拉长晶粒为主,伴随有等轴再结晶晶粒的生成,而对于16%道次压下量的热轧板材,等轴晶数量增多,故经3种方式热处理后,16%道次压下量热轧板材的屈服强度和抗拉强度均高于11%道次压下量热轧板材的相应强度。RRA热处理有效提升了16%道次压下量热轧板材的延伸率,而对于11%道次压下量热轧板材,RRA的预时效等过程会造成其晶粒粗化,从而降低延伸率,与T6和RRA热处理相比,T73热处理对力学性能的提升不显著。对于2种不同道次压下量的板材,T6热处理为最优热处理工艺。经过T6处理后,11%道次压下量的热轧板材抗拉强度达到589.8 MPa,屈服强度达到560.7 MPa,延伸率达到16.6%,16%道次压下量的热轧板材抗拉强度达到607.5 MPa、屈服强度达到580.9 MPa、延伸率达到13.6%。T6热处理后,<001>方向的织构占主导,原始板材内部存在较多的小角度晶界,热处理后大角度晶界含量增多且有静态再结晶出现。3种热处理后的拉伸试样断口形貌没有太大区别,存在大量韧窝和撕裂棱特征,说明热处理后板材塑性较好。结论热处理能调控再结晶行为,优化亚晶等微观结构,与其他7系铝合金热处理后的力学性能相比,本文的7075热轧铝合金在16%道次压下量和T6热处理条件下获得了较为优异的力学性能,说明热处理工艺设计合理。

7075高强铝合金构件冷成形强化机制研究

目的针对7075高强铝合金构件在固溶-淬火-时效处理过程中成形精度低的问题,提出了7075高强铝合金预强化冷成形工艺,研究7075高强铝合金构件冷成形强化机制。方法基于高强铝合金短流程高性能成形技术,经过固溶-时效处理,获得预强化处理的7075铝合金板料,使用预强化处理的7075铝合金板料冷成形试制帽形梁。通过拉伸试验、杯突试验测试预强化处理的7075铝合金板料及帽形梁力学性能,并通过透射电子显微镜试验解释7075高强铝合金构件冷成形强化机制。结果预强化处理的7075铝合金板料抗拉强度为540MPa,延伸率为19.3%,强度接近7075铝合金T6态强度水平,塑性接近7075铝合金O态塑性水平。杯突值为16.6 mm,达到7075铝合金O态的87%。使用预强化处理的7075铝合金板料冷成形试制的帽形梁表面质量良好,无破裂等情况。经过烤漆工艺后,帽形梁抗拉强度为(560±5)MPa,屈服强度为(480±5)MPa,与7075高强铝合金T6态强度相当。结论预强化处理的7075铝合金板料基体内部存在大量GPⅡ区组织,这有助于提高7075高强铝合金的强度和塑性。使用预强化处理的7075铝合金板料冷成形试制的帽形梁在烤漆工艺处理时,基体中部分GPⅡ区会转变为η'相,析出相的转变和加工硬化的结合提高了成形构件的强度,使其强度可以达到7075高强铝合金T6态强度水平。

中断时效对7075铝合金切削表面质量及刀具磨损影响研究

目的探究中断时效工艺对7075铝合金切削加工性能的影响,为中断时效工艺对材料切削加工性能的改善提供理论依据。方法选取仅进行T6时效处理的试样作为对照组,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等手段对已加工表面质量、切削力及刀具磨损进行分析。结果经不同时效处理后,7075铝合金的主要析出相为η(MgZn_(2))相,且相较于T6热处理工艺的7075铝合金,7075-T6I4铝合金表现出更高的衍射峰强度及更大的半高宽。在不同的时效处理条件下,表面粗糙度Ra均与切削速度呈负相关关系,而与切削深度、进给量呈正相关关系,仅T6时效处理时,表面粗糙度Ra随切削深度的增大呈先增大后减小再增大的变化趋势,在不同切削速度下,与T6时效处理相比,T6I4中断时效处理的表面粗糙度Ra最大降低了5.8%,而在不同切削深度和进给量下最大降低了1.9%和17.1%,且工件表面主要存在切屑黏附、微裂纹以及微孔洞等缺陷;切削力在切削速度为500~750m/min时呈增大趋势,随后又逐渐减小,然而与切削深度、进给量之间则呈正相关关系,仅经T6I4中断时效处理后的y向切削力在进给量为0.06~0.08 mm/z时逐渐减小,随后呈增大的变化趋势。增大切削速度以及减小进给量均可有效改善刀具磨损程度,且在切削过程中刀具磨损形式主要表现为崩刃和黏结磨损。结论与T6时效处理相比,T6I4中断时效处理表现出更好的表面质量、更小的切削力及更轻的刀具磨损,较大的切削速度和较小的进给量、切削深度有助于提高7075铝合金的切削加工性。

考虑平均应力影响的7075-T651铝合金疲劳性能研究

研究了平均应力效应对7075-T651铝合金疲劳性能的影响,选取了R=0.5、0.3、0.1和-0.1四组应力比进行疲劳试验。结果表明,同一应力比下,随着峰值应力水平的增加,疲劳寿命逐渐降低;而同一峰值应力水平下,随着应力比的提高,疲劳寿命则呈现出逐渐升高的趋势。同时,使用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)观察疲劳断口形貌发现,在峰值应力相同的情况下,裂纹萌生及扩展区的扇形面积随平均应力的增大而增大。最后,基于7075-T651铝合金疲劳实验结果,提出了一种考虑S-N-R的改进型预测模型,结果对比显示相较于其他模型,此模型在一定程度上对7075-T651铝合金具有更好的疲劳寿命预测效果。

7075铝合金接触固溶工艺参数优化

为探索接触固溶过程中实验参数对7075铝合金成形件性能的影响,以7075-T6铝合金板材为研究对象,首先进行了接触固溶成形实验,获得了不同实验参数下的成形件并分别进行性能测定。然后采用响应面法分析了接触固溶温度、固溶时间和接触压强对零件洛氏硬度、抗拉强度和断后伸长率的影响,并根据实验数据,采用遗传算法进行多目标优化,得到满足多性能要求的工艺参数,确定了符合要求的优化解。结果表明,在接触固溶温度为475℃、固溶时间为32 s,接触压强为13 MPa时,可以获得同时保证多个综合性能的最优解。

人工淹没空化射流喷丸强化7075铝合金性能分析

目的利用喷丸强化技术提高材料的性能,延长零件的使用寿命。方法在人工淹没空化射流喷丸中,利用由2个具有大速度差的同心共流射流产生的剪切层引起的空化,在承受疲劳载荷或腐蚀环境的金属部件的表面层中引入压缩残余应力,从而实现冲击性能显著提高的新型喷丸强化技术。为了进一步验证人工淹没空化射流的强化性能,采用人工淹没空化射流喷丸对7075铝合金(Al7075)进行表面强化处理,研究不同扫描速度的人工淹没空化射流喷丸对其微观组织和力学性能的影响。观测不同扫描速度人工淹没空化射流喷丸下Al7075的表面形貌和粗糙度。结果在扫描速度为3.0mm/min时,粗糙度值约为1.27μm;在扫描速度为2.0 mm/min时,粗糙度值约为4.08μm;在扫描速度为1.0 mm/min时,粗糙度值约为12.35μm。测量了人工淹没空化射流喷丸冲击前后Al7075的残余应力和显微硬度沿深度方向的分布,研究并讨论了Al7075在人工淹没空化射流喷丸过程中的微观结构演变。结论人工淹没空化射流喷丸会在Al7075表面发生塑性变形,增加了表面粗糙度,且产生加工硬化。揭示了Al7075在塑性变形过程中的晶粒细化机制,旨在为获得高性能的Al7075提供一种新的表面强化方法。

7075铝合金的能量耗散规律及动态损伤本构模型

为了研究7075铝合金的动态力学性能及断裂损伤规律,采用蠕变疲劳试验机和分离式霍普金森拉杆(Split Hopkinson Tension Bar,SHTB),对7075铝合金进行了准静态拉伸试验及冲击动态拉伸试验,得到了准静态及动态拉伸应力-应变曲线。由这些曲线可知,7075铝合金的应变率效应明显,随着应变率的增加,动态增长因子近似呈线性增长。为了进一步研究7075铝合金在高应变率下的力学行为及本构模型,根据能量耗散理论,分析了材料的能量-时程曲线与耗散能规律,结果表明,耗散能随着应变率的增大而增大。随后,采用Johnson-Cook本构模型,引入基于能量耗散理论的损伤因子建立动态拉伸本构模型,并对试验曲线与理论曲线进行对比发现,两项结果拟合良好,表明该模型具有很好的适用性。

形变退火工艺对2024铝合金性能的影响

采用正交试验法研究了形变量、预回复温度、预回复时间、退火温度和退火时间5个因素对2024铝合金力学性能和腐蚀性能的影响。结果表明:各因素对材料性能的影响显著,其中对力学性能影响最大的因素为退火温度,对腐蚀性能影响最大和最小的因素分别为形变量和退火时间。通过正交优化得到的最佳形变退火工艺如下:形变量为80%,且在220℃温度下预回复120 min,320℃温度下退火10 min,此工艺下获得的合金具较好综合性能,样品显微硬度、抗拉强度、屈服强度、延伸率、腐蚀深度、R_(p)和I_(corr)分别为74.49 HV、217.17 MPa、185.84 MPa、13.53%、55.4μm、3885.6Ω·cm^(-2)和9.42E-06A·cm^(-2)。