航空用2024合金型材拉弯有限元分析研究

采用数值模拟和试验相结合的方法,建立了一套2024合金挤压型材拉弯回弹预测方法。通过绘制拉弯机在运动过程中的轨迹,使用点坐标设置了拉弯夹头的位移曲线,并建立了拉弯工艺有限元模型。将数值模拟的结果与实际试验数值对比后发现,数值模拟的误差值在6%左右,验证了该方法的可靠性。通过此种数值模拟预判2024合金型材拉弯回弹量,可以很大程度的减少实际生产试验,节省了大量的人力及物力。同时,数值模拟结果也展示了2024合金型材在拉弯过程中整体应力分布的变化。通过观察得知,在整个拉弯过程中,仅在预拉伸阶段,型材的应力分布是均匀的;在包覆阶段乃至补拉伸阶段,型材的应力分布也因形变量的不同出现了差别,但是在整个包覆过程中,最大应力始终出现在型材与模具相切的位置;卸载后,型材中仍存在残余应力。

热处理对2024合金组织和力学性能的影响

利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电镜、X射线物相分析仪和电子拉力试验机研究热处理对2024合金组织和力学性能的影响。结果表明:铸态合金主要由α-Al、Al_(2)CuMg、Al_(7)Cu_(2)Fe、Al_(7)Cu_(4)Ni、Al_(9)FeNi相组成;经固溶处理后,第二相仅剩下含Fe的杂质相,Al_(2)CuMg和Al_(7)Cu_(4)Ni相几乎完全固溶进铝基体中;时效处理后,组织中有新相Al_(2)Cu析出,呈颗粒状,亚晶界上析出物长大、球化和不连续分布。铸态、固溶态和时效态的合金抗拉强度分别为489 MPa、501 MPa和551 MPa,合金的固溶强化和析出强化效果明显。

2024合金蒙皮板化铣粗糙度超标成因分析

对2024-O、2024-T4、2524-T3和进口2024-T4样品进行化铣粗糙度检测,并对相应的化学成分、显微组织特征进行了对比分析。结果表明,2024合金蒙皮板材化铣粗糙度超标是由显微组织中残留化合物相数量多、尺寸大引起的。通过降低Cu含量,严格控制杂质元素Fe含量,可有效降低2024蒙皮板材的化铣粗糙度。

微量稀土对2024合金组织和性能的影响

对含微量混合稀土(0.005、0.016、0.053wt%)的3种2024合金,分别进行了物理性能,力学性能,抗腐蚀性能检测和显微结构分析,结果表明:混合稀土的添加,使2024合金熔化温度范围下限明显升高100℃左右,拉压疲劳寿命提高,抗应力腐蚀性能亦有所改善。除此外,没有对2024合金的其它物理、力学性能和显微结构有明显影响,微量稀土不会影响2024合金的加工性能和使用性能。

纳米TiC_P对2024合金流动性及力学性能的影响

研究了纳米TiC颗粒(TiC_p)对2024铝合金流动性及力学性能的影响。试验结果表明,原始2024合金铸态组织呈粗大枝晶状,流动性差,存在浇不足、热裂等铸造缺陷。以Al-TiC晶种合金的形式添加0.1%TiC_p后,2024合金晶粒形貌得到改善,粗大枝晶生长被抑制,流动性显著提高,螺旋流动性试样平均长度由556 mm提高至696 mm,提高约25.2%;合金的力学性能明显提高,硬度、抗拉强度和伸长率分别为HBW120.5、365 MPa和2.08%,较原始2024合金分别提高5.6%、8.6%和40.5%。

考虑应变补偿的Al2024合金本构方程研究

采用昂热力学实验室高温拉伸实验机对Al2024合金进行高温拉伸实验,实验温度为350、400和450℃,应变速率为1×10^(-3)、5×10^(-4)和1×10^(-4)s^(-1),获得应力-应变曲线。借助Arrhenius方程对实验数据进行拟合,考虑到应变量对流变应力的影响,建立各材料参数与应变量的关系,并通过三次方程表示,从而对本构方程进行修正。结果表明:Al2024合金在高温拉伸过程中会发生再结晶,出现软化现象;合金在实验温度下表现出较好的塑性,在450℃下伸长率达到80%以上;拟合得到的本构方程具有较高的精确性,误差小于5%,可以用于仿真模拟。

热喷涂巴氏合金中间层瞬间液相连接Ti-6Al-4V和Al 2024合金

研究热喷涂辅助瞬间液相(TLP)扩散连接Ti-6Al-4V和Al 2024合金,在铝基体上热喷涂80μm厚的巴氏合金作为中间层。热喷涂会产生粗糙清洁的表面,使得接头强度更高。采用的优化参数为:连接温度580℃,保温时间30和60min。显微组织观察和XRD衍射谱证明在Al焊缝处形成Al2Cu、Al2Cu Mg、Cu3Ti、Ti Al3、Ti Al和Mg2Sn金属间化合物。另一方面,在Ti合金一侧形成Ti3Al、Sn3Ti5和Ti3Sn金属间化合物。随着连接时间从30 min增加到60 min,尽管巴氏合金中间层没有被完全消耗,但是其剩余厚度下降到大约15μm。研究表明,在60 min较长连接时间下,接头的剪切强度达到57 MPa的较高值。

2024合金短时间人工时效推迟吕德斯带出现的研究

用电子显微镜观察了 2 0 2 4合金板材在在不同应变和不同热处理状态下 ,其表面上吕德斯带的呈现形态。

2024合金薄板铜扩散控制工艺的要点分析

研究了2024合金退火温度和退火保温时间对O态板材铜扩散的影响,同时研究了重复淬火次数、淬火保温时间对T42、T62态板材铜扩散的影响。结果表明退火温度、保温时间以及淬火保温时间、淬火次数对铜扩散均有影响,其中退火温度是O态板材铜扩散控制的关键,而淬火次数、淬火保温时间等是T42、T62态板材铜扩散控制的关键。

气滑铸造工艺参数对2024合金圆锭显微组织的影响

铝合金圆锭气滑铸造技术是美国瓦格斯塔夫（Wagstdf）公司开发的，是在普通热顶铸造技术基础上发展起来的。它的核心技术是以空气和润滑剂混合物作为润滑介质，它们透过多孔石墨环在结晶器内壁形成一层薄薄的均匀的润滑剂膜，显著降低了铝熔体经结晶器内壁的热传导，从而减小了结晶器的有效结晶高度，

2024合金反向挤压型材生产工艺

采用20 MN卧式反向挤压机对2024合金进行挤压生产,通过工艺试验找到合适的挤压生产工艺。研究结果表明,当进行490℃×1.5 h淬火处理后,型材T4状态的屈服强度为390 MPa,抗拉强度为560 MPa,断后延伸率为15%,剥落腐蚀达到N级。

2024合金高精度拉制棒材工艺研究

对2024合金拉制棒材形变热处理制度进行试验研究。确定了工艺参数,生产出尺寸和力学性能达到ASTM标准的冷拉棒材。

预拉伸量对2024合金型材拉弯结果的影响

本文对航空用高强薄壁2024合金型材进行拉弯试制与研究,保证试验单一变量原则,通过对比多组拉弯试验的测量结果,分析1%~3%预拉伸量对固溶状态下型材拉弯回弹变形及褶皱的影响。试验成果可用来确定产品实际生产所需的最优预拉伸力。

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)。

大尺寸2024-T351铝合金喷丸成形曲率变化规律研究

目的以喷丸成形工艺下的2024-T351铝合金平板件和单筋件为研究对象,分析弦向及展向曲率半径试验值与拟合值的变形规律。方法针对试件厚度、喷丸压力、喷丸速度、预弯量4个参数进行喷丸成形操作的正交试验,通过测量成形后曲率的变化规律,分析不同参数组合对平板件和单筋件成形变化规律的影响。结果在不考虑材料性能波动的情况下,随着平板件厚度和喷丸速度的增大,平板试件的弦向曲率半径和展向曲率半径均呈递增趋势;而随着喷丸压力的增大,平板试件的弦向曲率半径和展向曲率半径则呈现递减趋势,即当平板件厚度和喷丸速度增大时,喷丸成形对平板试件弯曲的影响程度有所增大,曲率半径减小;反之,喷丸成形对平板试验件弯曲的影响程度减小,曲率半径增大。结论在忽略初始状态并将其假设为自由状态或给定预弯量状态的条件下,随着喷丸速度的增大,单筋试件的曲率半径递增,试验值与拟合值的变化趋势基本相符,二者最大偏差为11.2%。

2024-T4铝合金FSW接头疲劳裂纹扩展行为及寿命预测

基于ABAQUS与FRANC 3D联合仿真的方法,对2024-T4铝合金搅拌摩擦焊接头预制裂纹于不同部位的紧凑拉伸试样进行裂纹扩展分析以及寿命预测,并深入分析不同部位裂纹扩展行为存在差异性的原因.结果表明,随着裂纹长度的不断延长,裂纹尖端应力强度因子随之增大,且裂纹向前扩展路径基本沿直线扩展,ABAQUS与FRANC 3D联合仿真方法分析不同部位的裂纹尖端应力强度因子和裂纹扩展路径的理论计算和试验结果基本吻合,验证了分区域进行联合仿真的模型精度满足要求.不同部位裂纹扩展试样寿命预测结果与试验结果的相对误差均在5%左右,对焊接接头分区域联合仿真进行寿命预测是准确可行的.裂纹位于不同部位的扩展试样断口处的疲劳辉纹间距不同导致预制裂纹于3个部位的疲劳寿命由低到高为:热影响区、垂直于焊缝方向、焊核区.

喷丸强化对2024铝合金/钛合金铆接件微动疲劳性能的影响

目的研究机械喷丸强化对2024铝合金铆接件(螺栓为钛合金)微动磨损及疲劳寿命的影响。方法利用X射线衍射仪、维氏硬度计、激光共聚焦显微镜和扫描电镜等设备,分析机械喷丸前后试样的表面完整性、磨痕表面形貌、磨痕轮廓和磨损体积。结果采用机械喷丸强化处理能够显著提升铆接件的平均疲劳寿命,相较于原始试样,最高提升了约36.3倍。经断口失效分析发现,喷丸强化后试样的疲劳裂纹源位置发生了转移,原始件裂纹源位于铆接孔棱角的表面(板面与孔交界位置),板面喷丸后(只对铆接板表面进行喷丸处理)试样的裂纹源转向铆接孔壁的表面,板面+孔面+石墨润滑喷丸后试样的裂纹源转向铆接孔次表面(强化效果最好)。机械喷丸强化对铝合金微动耐磨性能的影响随着喷丸工艺参数的变化而波动。在线/面微动摩擦测试中,原始样品的磨痕深度为41.5μm;采用0.2A的喷丸强度、200%的覆盖率(记为0.2A-200%)的喷丸参数时,磨痕深度降至34.6μm,耐磨性得到提高;在0.3A的喷丸强度、200%的覆盖率(记为0.3A-200%)的喷丸参数时,磨痕深度升至58.9μm,耐磨性降低。经喷丸强化后铝合金的微动磨损机制由黏着磨损向脱层磨损转变。通过电子背散射衍射研究发现,喷丸处理使得样品表层小角度晶界所占比例增多,表层晶粒细化。结论铆接件微动疲劳性能的强化效果得益于喷丸在材料表面引入的残余压应力场和加工硬化层的共同作用。

己二酸铵对铝合金硬质氧化膜性能的影响

选用2024铝合金作为基体,分别在不添加和添加己二酸铵的硫酸电解液中制备硬质氧化膜,并研究己二酸铵浓度对硬质氧化膜的微观形貌、化学成分、厚度、硬度、耐磨性能以及耐腐蚀性能的影响。结果表明:添加适量己二酸铵促进形成较致密的硬质氧化膜,并使硬质氧化膜增厚,硬度增大且耐磨性能和耐腐蚀性能明显提高。添加20 g/L己二酸铵制备的硬质氧化膜表面均匀性和致密性最好,厚度和硬度分别达到21.2μm、380.8 HV,摩擦系数和磨损失重仅为0.52和0.87 mg,并且腐蚀电流密度与铝合金基体相比降低了超过一个数量级,表现出更好的综合性能。但是添加己二酸铵并未改变硬质氧化膜的元素组成,所以硬质氧化膜的综合性能提高主要归因于添加适量己二酸铵参与了硬质氧化膜形成过程,并影响了铝离子传导过程,从而促使硬质氧化膜增厚且致密性改善。

终轧温度对2024铝合金晶间腐蚀和力学性能的影响

对均匀化态2024铝合金进行不同终轧温度的热轧处理,经固溶后再进行为期4 d的自然时效。通过背散射电子衍射(EBSD)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学实验研究了终轧温度对2024铝合金力学性能和晶间腐蚀行为的影响。结果表明,轧态2024铝合金内存在剪切织构和少量再结晶织构,而固溶后出现了部分典型轧制织构。终轧温度影响合金组织和织构变化。终轧温度较低(207℃)时合金的平均晶粒尺寸和平均Schmid因子小,强度高;终轧温度较高(280℃)时合金小角度晶界和{111}面织构占比高,具有较大Schmid因子的织构含量少,抗晶间腐蚀性能优良。

激光冲击光整对2024铝合金铣削平面表面质量的影响

目的减小铝合金铣削平面的表面粗糙度,满足工程应用中对构件高质量表面的需求。方法通过铣削加工获得3种具有不同初始表面粗糙度的平面试样,试样的Ra分别为1.439、0.614、0.220μm。采用短脉冲、高功率密度激光对表面进行光整处理,利用激光共聚焦显微镜观察光整后试样的表面形貌,采用粗糙度仪检测试样的表面轮廓和表面粗糙度,分析光斑搭接率和激光能量对铝合金铣削平面表面质量的作用规律。结果在脉冲宽度为12 ns、波长为1064 nm、工作频率为1 Hz、光斑直径为2 mm的平顶光束作用下,试样的表面形貌发生重塑。当光斑搭接率为30%、50%、70%时,对于Ra=1.439μm的试样,在冲击后其表面轮廓变化幅值分别为6.88、6.71、6.20μm,表面粗糙度变化率分别为−70.8%、−72.9%、−73.2%;对于Ra=0.614μm的试样,在冲击后其表面粗糙度变化率分别为−58.0%、−58.8%、−66.1%。当激光能量为1.5、2.5、3.5、4.5 J时,对于Ra=1.439μm的试样,在冲击后其表面轮廓变化幅值分别为6.92、6.71、5.22、6.18μm,表面粗糙度变化率分别为−68.1%、−72.9%、−74.6%、−73.8%;对于Ra=0.614μm的试样,在冲击后其表面粗糙度变化率分别为−49.2%、−58.8%、−54.4%、−58.1%。结论合理增大光斑搭接率和增强激光能量,能够有效去除铣削刀痕,改善试样表面形貌的均匀性。光斑搭接率和激光能量对表面粗糙度的影响与试样的初始表面粗糙度有关。对于Ra=1.439μm和Ra=0.614μm的试样,增大光斑搭接率和增强激光能量均能显著降低其表面粗糙度;对于Ra=0.220μm的试样,在文中的激光冲击参数范围内均不能有效提高其表面质量。