丝材3D打印2024/7055铝合金梯度结构组织与性能分析

大型高强度轻质铝合金整体结构件在航空航天装备结构中应用广泛。为充分发挥不同材料的性能优势,可将两种以上的铝合金材料通过增材制造技术整体成型,从而制造出兼顾功能与减重要求的整体梯度结构件。为此,提出了一种多丝材电弧增材制造铝合金梯度结构件的制备方法,实现了航空结构常用的2024/7055铝合金梯度结构的3D打印,并对梯度结构进行了宏/微观组织、气孔缺陷、过渡区元素含量以及力学性能等进行了全面的分析。结果表明:通过多丝材增材制造打印的2024/7055铝合金梯度结构连接良好、过渡区域连续;梯度区域两种材料的晶粒组成不同,2024铝合金由等轴晶粒组成,而7055由短柱状晶粒组成;气孔在空间分布中呈条状分布,并且两种合金Zn元素含量不同,导致力学性能差异较大;当材料组分占比为2024(25%)/7055(75%)时,力学性能最好,材料折损率最低。

激光冲击选区强化对2024铝合金叶片振动响应特性的影响

目的探究激光冲击强化技术对2024铝合金叶片振动性能的影响,并探寻最理想的冲击参数。方法运用Johnson-Cook动态塑性本构模型模拟激光冲击选区强化过程,对强化后的2024航空铝合金叶片的振动特性进行分析。将2024铝合金在激光冲击强化过程中产生的残余应力场和梯度密度分布导入模型,量化激光冲击强化对2024铝合金叶片振动特性的提高效果,研究激光冲击参数对叶片振动响应的影响规律。结果激光冲击强化产生的残余压应力场并非均匀分布在表面,而是只存在于冲击区域,冲击区域外为拉应力。其中,最大残余压应力为273.5 MPa。选取第六阶振型为目标振型,在同样冲击工况下,模拟和实验结果吻合较好。在模型中引入激光冲击强化产生的残余应力与梯度密度结构会使2024铝合金叶片的振动特性发生改变,其中,残余应力对振动特性影响更为显著。结论激光冲击强化工艺调控分析表明,采用较大圆形光斑,施加较大功率密度冲击模型中部,可获得最显著的振动特性改善效果。最适合的激光冲击强化参数可将振动特征频率降低118.87 Hz,将振幅降低94.37%。

表面机械多重碾磨对2024铝合金力学性能的影响

利用表面机械多重碾磨(MMGS)装置对2024铝合金薄板表面进行了两道次的表面微纳米化加工,将加工后的材料进行XRD、力学性能测试、TEM和HRTEM表征。结果表明,MMGS是一种对金属材料表面强化行之有效的表面塑性变形方法。MMGS处理两道次后板料的屈服强度可达475MPa,伸长率可达15%;导致MMGS试样具有较高屈服强度和抗拉强度的原因是试样内部高密度的位错和晶粒的细化;从硬化率指标分析可知,MMGS试样在真应变超过0.018之后的硬化率在大范围内均低于T351试样,且粗大S相在强塑性变形过程中易产生裂纹,因而最终导致MMGS处理后试样的伸长率略低于T351试样。

MMGS加工过程有限元分析

有限元模拟是研究金属材料塑性变形制定加工工艺参数、预测加工后表面残余应力分布以及塑性变形层厚度的有利工具。利用有限元数值模拟软件对表面机械多重碾磨(Machinery Multi-Grinding of Surface,MMGS)过程进行了研究,目的是为了确定合理的MMGS加工工艺参数。结果表明:碾磨头下压量大小、碾磨道次和碾磨头转速是影响碾磨后材料表面有效应变大小和塑形应变层深度的主要加工参数,碾磨加工过程中碾磨头转速不超过1 800 rpm、平移进给速度为60～120 mm/min、多道次的反复碾磨方式更加有利于获得较高的有效应变大小和较大的塑形变形层深度,研究结果可以为MMGS的实验研究提供理论指导。