铝锂合金2090-T83的合金化研究

以航空用铝锂合金2090-T83为研究对象,研究了合金化过程中Cu、Zn、Mn、Mg、Zr、In、Cd、Ge、Ag、Ce、La、Y和Sc等元素对合金强度、塑韧性、强化作用、腐蚀性能、焊接性及各向异性的影响及Ag、Mg元素对合金时效硬化的影响。结果表明:Cu、Zr、Ge、Sc、Ce、La和Y元素影响合金强度及塑韧性,Zn、Sc元素影响合金的腐蚀性能,Mn、Ce、La、Y元素影响合金各向异性,Mg、Ag、In、Cd元素影响合金的强化性能,Sc元素影响合金焊接性及热裂纹敏感性,Ag元素对合金时效强化效应很小,Mg元素对时效强化效应较大,Ag和Mg两元素结合对合金时效强化效应很大。

2A97-T84铝锂合金切削力及切削温度仿真研究

为了研究2A97-T84铝锂合金切削加工时切削参数对切削力和切削温度的影响规律,使用Abaqus有限元仿真软件在100~300 m/min切削速度、0.5~2.5 mm背吃刀量工况条件下建立起二维切削模型。仿真结果表明,切削力受切削速度影响不大,随切削深度的增加而增加;刀尖切削温度随切削深度增加呈现先减小后增大的趋势,随切削速度的增加迅速增大。

2198-T8铝锂合金多轴疲劳性能及裂纹扩展行为

对2198-T8铝锂合金薄壁管状试样在不同加载条件下进行了拉扭复合疲劳裂纹扩展试验。结果明,随着裂纹扩展阶段的等效应力幅降低,试样的多轴疲劳寿命升高。当应力幅比升高时,多轴疲劳寿命降低,轴向应变变大,扭向应变变小,扭向应变集中滞后于轴向应变集中。结合数字图像相关技术,拟合疲劳裂纹扩展速率模型,并采用两种临界平面模型对裂纹扩展方向进行预测,其中最大正应力平面对裂纹扩展方向的预测效果最好。随着应力幅比的升高,裂纹扩展区微观形貌由磨损形貌变为磨损与疲劳条带共存的形貌,裂纹扩展模式由II型变为I+II型,最终变为以I型为主。

超声振动对2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头显微组织与力学性能的影响

采用新型超声振动强化搅拌摩擦焊对第三代2195-T6铝锂合金进行焊接,研究超声振动对接头显微组织与力学性能的影响。研究表明,超声振动强化搅拌摩擦焊能够增强塑性材料流动,进而抑制焊接缺陷,提高无缺陷接头的临界焊接速度。在保证接头抗拉强度达到母材75%的条件下,超声振动强化搅拌摩擦焊的焊接速度和效率均高于常规搅拌摩擦焊。施加超声振动能够大幅提升较高焊接速度条件下的接头力学性能。超声振动强化搅拌摩擦焊接头的极限抗拉强度为449.5 MPa,达到母材的83.1%。超声振动强化搅拌摩擦焊接能够在保证接头质量的前提下提升临界焊接速度和焊接效率。

2060-T8E30铝锂合金的高温拉伸变形行为及显微组织研究

利用Sans CMT4104型拉伸试验机、光学显微镜、电子显微镜研究变形温度、应变速率对2060铝锂合金热变形行为与显微组织的影响,分析合金在不同热变形条件下的真应力-真应变曲线,并结合Zener-Hollomon方程得到合金的热变形参数。通过对合金第二相、空洞、断口形貌的观察,研究了合金热拉伸显微组织的演变规律。结果表明:高温拉伸时合金的峰值应力随变形温度的升高和应变速率的减小而下降。合金的延伸率随变形温度的升高而提高,随应变速率的减小先提高后降低,在500℃/0.01 s^(-1)条件下延伸率最佳,达到170%。通过计算,得到合金的变形激活能为227.28 kJ/mol。显微组织显示,随着变形温度的升高和应变速率的减小,空洞的数量增多、尺寸增大;在变形温度为475~500℃时,合金析出了第二相并发生了几何动态再结晶。

2099-T83铝锂合金本构模型研究

根据2099-T83铝锂合金在温度为120～160℃的真应力-应变曲线,选择4种常用的本构模型:Johnson-Cook模型、Modified Johnson-Cook模型、Modified Zerilli-Armstrong模型和Voce方程,对比研究上述4种本构模型对该合金的流变应力的预测能力,并对上述模型进行误差分析。结果表明:随着温度的增加,采用Modified Zerilli-Armstrong模型和Voce方程得到的应力计算值与实验值较为吻合,而采用Johnson-Cook模型和Modified Johnson-Cook模型得到的应力计算值与实验值之间存在较大误差; Johnson-Cook模型和Modified Johnson-Cook模型的平均相对误差绝对值AARE分别达到12.286%和6.238%,而ModifiedZerilli-Armstrong模型和Voce方程的AARE值分别为2.099%和0.184%。另外,采用Voce方程计算得到的预测值与实验值之间具有最高的相关性。说明具有物理意义的本构模型在研究和预测该合金流变行为的能力上是优于唯像本构模型的。

2050-T84铝锂合金压缩弹性模量应变测量技术研究

针对应变片、接触式引伸计、视频引伸计、全场应变测量系统(DIC),开展2050-T84铝锂合金压缩弹性模量应变测量技术研究。结果表明:采用力导向装置可有效保障对样品的均匀压缩,对于2050压缩弹性模量的测量,单侧引伸计(接触式引伸计和视频引伸计)通过0o、90o、180o、270o四个方向测量再求平均值的方式完全可以取代双侧引伸计;和AMS 4413标准值77.9GPa相比,接触式引伸计测量偏差不超过0.5%,视频引伸计测量偏差不超过4%,视频引伸计的偏差主要由系统的近心镜头造成;但应变片及全场应变测量系统测得数据偏差较大,且对操作要求较高,建议数据仅作参考。

显微组织的非均匀性对AA2099-T8铝锂合金局部腐蚀的影响

采用化学浸泡和动电位极化法,结合扫描电子显微技术研究AA2099-T8铝锂合金的显微组织对其局部腐蚀行为的影响。结果表明:合金的显微组织不均匀,部分晶粒内部存在高密度位错或滑移带组织;在3.5%Na Cl(质量分数)溶液中,粗大第二相颗粒与铝基体间形成的腐蚀微电池引发轻微点蚀,其腐蚀行为与第二相颗粒的种类密切相关;严重局部腐蚀(SLC)与合金的择优形变及时效析出相有关。非均匀塑性变形使合金局部区域位错密度升高,促进时效过程中活性T1(Al2CuLi)相在局部优先析出,增大了该区域的腐蚀倾向,引发严重的局部腐蚀。

微量Ce对2090铝锂合金中T_1相的作用

本文采用ＴＥＭ分析技术、图像分析处理和统计分析等手段，对比研究了２０９０和２０９０＋微量Ｃｅ两种铝锂合金中Ｔ１（Ａｌ２ＣｕＬｉ）相分布规律的差异。研究结果表明：微量稀土Ｃｅ的加入有增加Ｔ１相析出量，减小Ｔ１相直径和均匀化Ｔ１相分布的作用；２０９０＋微量Ｃｅ合金中Ｔ１相的厚度略大于同等时效条件下２０９０合金中Ｔ１相厚度。并分析了微量Ｃｅ促进Ｔ１相形核的机制。

2090铝-锂合金微弧氧化陶瓷膜层特性的研究

在NaOH-Na2SiO3溶液中采用先恒流后恒压的微弧氧化工艺,可在2090Al-Li合金表面制备陶瓷化膜层。研究了微弧氧化反应时间和微弧氧化电源脉冲频率对陶瓷膜层生长过程和膜层形貌的影响。研究结果表明:氧化膜层的厚度随着反应时间的延长而增加,在更高频率电脉冲作用下(>600Hz),膜层的生长速率更快,但是膜层表面烧蚀坑大,表面粗糙,陶瓷膜与基体结合良好。膜层由内部致密层和外部疏松层组成。对膜层的元素分析结果表明:外层由Si、Al、O构成,而内层Si含量减少。

阳极氧化对2060-T8铝锂合金氧化膜的形貌控制

2060-T8铝锂合金具有密度低、弹性模量高、比强度和比刚度高、疲劳性能好及焊接性能好等优点。铝锂合金中的元素Li,化学性质极活泼,易使铝锂合金表面形成的自然钝化膜发生破坏,缩短合金使用寿命。本研究采用硼酸直流阳极氧化在2060-T8铝锂合金表面制备了氧化膜,探究电流和覆膜时间对2060-T8铝锂合金氧化膜形貌的影响规律。结果表明:通过调节电流大小、覆膜时间,可有效获得表面平整致密的氧化膜,进而提高合金的耐腐蚀性能。

含稀土2090铝锂合金微观变形行为研究

本工作利用TEM技术对添加微量稀土铈的 2 0 90铝锂合金 (2 0 90 +Ce)拉伸试样中位错组态进行了观察 .观察结果表明 :2 0 90 +Ce铝锂合金仍表现出较明显的共面滑移特征 ,所不同的是其滑移带比较细密均匀 ,并且具有交滑移特征 ,而普通 2 0 90铝锂合金中共面滑移带较粗而且带与带间距较宽 ;弱束暗场观察发现 ,在 2 0 90 +Ce铝锂合金试样的某些大角度晶界上存在较强的应变衬度 。

2198-T3S铝锂合金组合工艺搅拌摩擦焊接头组织性能分析

为探究搅拌摩擦焊(FSW)焊接铝锂合金板材的最佳工艺参数,采用圆柱形螺纹搅拌头,焊前对板材背面开槽,在保持焊接速度不变的情况下对2198-T3S铝锂合金板材进行不同转速下的焊接组合工艺实验,焊后对接头进行了微观组织分析与力学性能测试。研究结果表明:采用组合工艺后焊缝的根部未出现弱连接缺陷;随着转速的提高,焊缝内部的缺陷消失,焊核区的晶粒呈粗大化趋势,第二相回溶,使焊缝的力学性能呈现“先升后降”的趋势。在最优组合参数下接头的抗拉强度和屈服强度分别为359 MPa(母材的81.5%)和248 MPa(母材的77.5%)。同时,转速的提高使焊缝的断裂方式发生了改变,由脆性-韧性混合断裂向韧性断裂转变。

2060-T8铝锂合金顶锻式摩擦塞补焊接头组织性能研究

采用不同焊接压力对2060-T8铝锂合金进行了顶锻式摩擦塞补焊试验研究,分析了接头微观组织特征,第二相分布规律以及力学性能。结果表明:增大焊接压力可有效消除接头未焊合及孔洞缺陷。接头热影响区晶粒尺寸增大,热机械影响区及塞棒热机械影响区晶粒发生明显塑性变形,母材与塞棒之间产生了细小的等轴晶组织。接头不同区域较母材均发生软化,硬度最低值出现在塞棒热机械影响区,约为90 HV。当焊接压力为30 k N时,接头抗拉强度最高,达到378.9 MPa,断后伸长率为5.9%,接头系数为0.746。接头断裂方式为韧性断裂。

划痕损伤对含铆钉孔2198-T8铝锂合金疲劳性能的影响

针对飞机蒙皮搭接处的划痕损伤问题,研究了含划痕缺陷的含铆钉孔2198-T8铝锂合金板材的疲劳性能。首先,利用Abaqus有限元仿真软件,通过正交试验法确定了划痕关键影响参数,优化了疲劳试验方案。其次,预制了9类划痕损伤试样,分析了划痕参数对其疲劳性能的影响,并结合数字图像相关技术对裂纹扩展路径进行了讨论。最后,利用体视显微镜及扫描电子显微镜对断口进行了表征并分析了疲劳断裂机理。结果表明,划痕尖端角度θ对力学性能影响最小;划痕深度D是影响疲劳性能的主要因素。在D=0.8 mm、c=72 mm、θ=45°的损伤条件下,疲劳寿命下降至1795次,较无损试样下降97.66%。当D>D_(s)=0.15 mm时,断裂位置由铆钉孔截面转移至划痕截面,且断裂模式由单一疲劳源扩展的韧性断裂转变为多疲劳源放射状扩展的准解理断裂。

2090铝锂合金在飞机上的应用

介绍了2090铝锂合金在飞机上的应用情况及2090铝锂合金的成份和性能，并综述了该合金的生产工艺、生产关联特性及加工注意事项。

SAL2090铝锂合金TIG/MIG焊丝

中国专利CN102161136A本发明公开了一种SAL2090铝锂合金TIG/MIG焊丝,制造时所使用的原料包括以下各组分(质量分数,%):Li2.0~3.0、Cu2.0~3.0、Zr0.1~0.25、Sr0.1~0.2,其余为Al。本发明SAL2090铝锂合金TIG/MIG焊丝的制备方法如下:(1)将Li、Cu、Zr、Sr和Al采用真空感应炉熔炼,熔炼温度630~660℃,真空度1.35×10-3Pa,熔炼后在氩气保护下进行浇铸。

铝锂合金的真空电子束焊接工艺及其接头组织与性能

采用真空电子束焊工艺焊接2090铝锂合金,并对获得接头进行拉伸强度、显微硬度等力学性能测试,对接头的金相组织、拉伸断口进行观察分析。结果表明,在电子束流为8 mA,采用圆形扫描方式,焊接速度为1 000 mm/min的工艺条件下,获得的接头的力学性能最佳。接头微观分析显示,焊缝金属为细小等轴晶组织,在晶内均匀分布有数量较多的强化相。进一步的接头焊缝XRD分析显示,焊缝金属基体为α-Al,并含有δ′、β′、T1、θ′等强化相。拉伸断口扫描观察表明,接头断口表面分布有大量细小的韧窝,呈明显韧性断裂特征。

铝锂合金微弧氧化陶瓷膜层特性的研究

采用先恒流、后恒压的微弧氧化方法,在铝锂合金(添加微量稀土元素Ce)表面制备陶瓷化膜层。研究了氧化时间和脉冲频率对膜层生长过程和表面形貌的影响。结果表明:膜层厚度随着反应时间的延长而增加,在更高频率的高能脉冲作用下(>600 Hz)生长速率更快;膜层表面多孔、起伏不平,延长反应时间或提高脉冲频率会导致烧蚀留下的坑洞变大,表面粗糙度亦随之增大;膜层与基体结合良好,由内部致密层和外部疏松层组成,总厚度可达50μm;EDS分析表明,膜层由Al、O、Si构成,Si元素的摄入认为是NaOH-Na2SiO3电解液体系中的SiO32-参与反应进入膜层。

稀土高强铝锂合金力学性能及微观变形行为

在 2 0 90铝锂合金和添加微量稀土铈的 2 0 90铝锂合金 (2 0 90 +Ce)的拉伸性能测试的基础上 ,利用TEM技术对拉伸试样中位错组态进行了观察 ,探讨宏观力学性能与微观变形行为间的联系。结果表明 ,2 0 90 +Ce铝锂合金仍表现出较明显的共面滑移特征 ,所不同的是其滑移带比较细密均匀 ,并且具有交滑移特征 ;而不含稀土的普通 2 0 90铝锂合金中共面滑移带较粗 ,且带与带间距宽 ;弱束暗场观察发现 ,2 0 90 +Ce铝锂合金中某些大角度晶界上及附近存在较强的应变衬度 。