合金化因素和凝固速率对2024铝合金铸态组织的影响

2024高强铝合金的铸态组织对其热加工性能及最终使用性能具有重要的影响。通过调控2024铝合金的Cu,Mg含量以及凝固速率,探究Cu/Mg质量比以及凝固速率对铸态组织的影响。结果表明:随着Cu/Mg比从2.1提高到4.1,合金中第二相种类没有发生变化,但Al_(2)CuMg含量逐渐下降,Al_(2)Cu和Al_(23)Cu(Fe,Mn)_(4)的含量逐渐升高。当凝固速率从0.2℃/s提高到2.4℃/s时,合金的晶粒尺寸明显细化,平均晶粒尺寸从293.0μm减小到77.0μm,枝晶变得发达,枝晶臂间距减小,并且第二相的尺寸变得细小且分布更加均匀,Al_(23)Cu(Fe,Mn)_(4)难溶相的含量明显降低。可以通过降低合金中Cu/Mg比和适当提高凝固速率来减少富铁难溶相的生成,从而改善合金的加工性能和力学性能。

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)。

交变法向载荷下2024铝合金微动疲劳断口分析

针对机械结构中广泛存在的微动疲劳失效问题,利用可施加交变法向载荷与远端载荷的双轴加载微动疲劳试验系统,研究了在交变法向载荷作用下,局部滑移和全局滑移两种运行机制对2024铝合金疲劳断裂的影响。利用扫描电镜对疲劳断口进行微观分析。结果表明:局部滑移与全局滑移两种运行机制下裂纹均萌生在试件与微动垫接触边界,局部滑移试件是由于接触边界产生多个裂纹并不断融合扩展导致试件断裂,全局滑移试件为单一裂纹源导致的试件断裂。在裂纹扩展区可看到疲劳辉纹与2024铝合金中的加强相,铝合金中的加强相可阻碍裂纹扩展。除此以外还可清晰的看到大量解理、准解理、撕裂棱形貌;疲劳瞬断存在大量韧窝以及二次裂纹,表现出典型韧性断裂特征。

铸轧速度对液-固铸轧1070A/2024铝合金复合板组织性能的影响研究

采用立式双辊铸轧机制备了铸轧速度分别为14 m/min、12 m/min、10 m/min、8 m/min的液-固铸轧1070A/2024铝合金复合板,使用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、硬度计和剪切实验等检测手段,研究了铸轧速度对液-固铸轧1070A/2024铝合金复合板材界面组织性能的影响。结果表明,随着铸轧速度的降低,复合界面处金属间化合物呈先增加后减少的变化趋势,复合界面硬度先增大后减小,铸轧速度为10 m/min时达到最高值129.5HV0.1;剪切强度呈先升高后降低而后再次升高的波浪状变化规律,铸轧速度为12 m/min时到达最大值80.7 MPa。

激光清洗2024铝合金氧化膜的数值模拟与技术研究

通过建立激光清洗2024铝合金氧化膜有限元模型,得到了激光清洗氧化膜过程中铝合金表面温度变化规律;分别探究了不同激光能量密度和激光清洗速度对其表面温度变化的影响,其中,能量密度越大,铝合金表面氧化膜温度上升速率越高,铝合金氧化膜的表面温度随着清洗速度的增加而缓慢下降。随后,进行纳秒脉冲激光清洗2024铝合金氧化膜实验,探究激光功率、脉冲频率及清洗速度对清洗前后表面形貌的影响。研究结果表明,在激光功率为400 W、激光频率为4.5k Hz、清洗速度为5 mm/s时能完全去除表面氧化膜,并且不损伤铝合金基体;在此激光清洗参数下,清洗后铝合金基体微观形貌完好,氧元素质量分数为10.03%。

缺陷对直升机传动系统2024铝合金疲劳性能的影响研究

采用与直升机传动系统2024铝合金零部件生产一致的工艺制造相应材料的毛坯,然后切取获得疲劳小样,并对其进行缺陷预制,最后测试其疲劳性能,并对比分析不同缺陷的性能变化及断口情况。研究表明:2024铝合金无缺陷小样、划痕缺陷小样、冲击坑缺陷小样及腐蚀缺陷小样的疲劳极限分别为126.5MPa、98.5MPa、89.2MPa、78MPa;通过疲劳断口分析不难发现,2024铝合金小样断口均有明显的塑性变形,主要由撕裂棱、准解理构成。缺陷会大大降低直升机传动系统2024铝合金材料的疲劳性能。

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。

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。

2024铝合金表面沉积Si-DLC薄膜的冲刷腐蚀行为研究

为改善2024铝合金在富含Cl-的流动海水中的耐腐蚀性能,采用等离子体增强化学气相沉积技术,在2024铝合金表面沉积掺硅类金刚石(Si-DLC)薄膜,利用扫描电镜和电化学工作站对流动海水环境下冲刷不同时间的铝合金及Si-DLC薄膜进行表面形貌和耐蚀性能进行研究,并对相关腐蚀机理进行了讨论。结果表明,冲刷过程中未沉积Si-DLC的铝合金发生严重的腐蚀,而沉积了Si-DLC薄膜的试样并未发生严重腐蚀,薄膜发生少量裂纹,同时生成了硅氧化物保护铝合金。在本实验中,沉积了Si-DLC薄膜的2024铝合金的耐蚀性能明显好于2024铝合金。

2024铝合金表面预处理与水性环氧清漆协同防腐作用的配套性探究

为了明确在铝合金表面涂装水性环氧清漆之前进行磷化、阳极氧化和硅烷化预处理对整个涂层体系的防腐作用的影响,在2024铝合金表面分别进行锌系磷化、电化学阳极氧化和环氧基硅烷化3种预处理,然后分别在经过上述预处理的铝合金表面涂装水性环氧清漆,采用扫描电镜、X射线衍射仪、附着力测试仪、X射线光电子能谱仪、电化学工作站对3种体系分别进行微观形貌、物相成分、附着力、化学成分、电化学阻抗谱等测试表征,比较了3种表面预处理对水性环氧清漆涂层对铝合金基体的防腐作用的影响,探究了铝合金表面3种预处理与水性环氧清漆涂层协同防腐作用的配套性。结果表明:3种预处理都可以改善水性环氧清漆涂层对铝合金基体的防腐作用,与涂层协同防腐作用配套性的预处理表现优劣为环氧基硅烷化>电化学阳极氧化>锌系磷化,3种预处理与水性环氧清漆涂层的协同防腐作用配套性与磷化膜、阳极氧化膜和硅烷膜的微观结构、化学成分及其与铝合金基体的界面结合形式密切相关。

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。

预变形量对形变热处理2024铝合金组织和力学性能的影响

采用维氏硬度计、万能力学试验机、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等研究了预变形量对2024铝合金时效后力学性能和显微组织的影响。结果表明:随着预变形量的增加,合金的时效响应速度加快,硬度达到峰值的时间逐渐缩短,硬度峰值呈现先增加后减小的趋势。当预变形量为2.0%时,合金经190℃×7 h的峰时效,能够获得比较理想的强塑性匹配,其屈服强度达到489.7 MPa,抗拉强度达到509.4 MPa,断后伸长率为11.3%。这是因为当预变形量为2.0%时,合金中S相的数量增加而尺寸减少,能够有效阻碍位错运动,显著提高合金的强度,但会降低塑性。

2024铝合金黑色微弧氧化膜制备与性能研究

通过在电解液中添加着色剂NH4VO3,在2024铝合金表面制备黑色微弧氧化膜。通过改变频率、占空比、反应时间等工艺参数,研究了工艺参数对氧化膜的厚度、耐腐蚀性、表面形貌及结构的影响。结果表明,在(NaPO3)6-Na2SiO3体系下,在恒流模式中,电流密度在10 A/dm2,频率在500 Hz,占空比为20%,反应时间4 min时,综合性能最好。

2024铝合金高压扭转强化工艺研究

为提高2024铝合金的力学性能,研究了高压扭转强化工艺对2024铝合金成形及力学性能的影响。基于DEFORM-3D软件,建立2024铝合金高压扭转仿真模型,模拟高压扭转工艺参数压力及扭转圈数的变化,对于2024铝合金变形过程的影响。进行高压扭转试验,研究不同的压力和扭转圈数对试样显微硬度的影响。试验结果表明,增大压力和增加扭转圈数可以增大试样的变形程度,提升试样的显微硬度。试验与有限元模拟的结果吻合,建立的有限元模型可有效地应用于2024铝合金强化工艺研究。

温度对2024铝合金蠕变行为的影响

研究不同温度下2024铝合金的蠕变行为,采用金相显微镜、扫描电镜以及透射电子显微镜观察蠕变后合金的微观组织变化。结果表明:在125～200℃蠕变温度下,当蠕变寿命接近100h时,2024铝合金的蠕变应力随着温度的升高明显下降;与125℃相比,150℃时合金的蠕变应力下降9.3%,在175℃时合金的蠕变应力下降30.3%;当蠕变温度为200℃时,该合金的蠕变应力下降幅度达到45.8%;在125～175℃下,合金在蠕变过程中的变形机制主要为位错在晶内的滑移;在200℃时,合金晶界开始发生滑移,合金变形由晶界滑移与位错在晶内的滑移协调完成;在合金蠕变断面上存在大量微孔,随着蠕变温度的升高,微孔的尺寸明显变大,当微孔尺寸超过3μm时,微孔对合金的断裂机制有显著影响;在125和150℃下,合金的蠕变断口呈现韧窝型穿晶断裂特征;在175和200℃下,合金的蠕变断口呈现沿晶断裂特征。

高密度脉冲电流对2024铝合金凝固组织的影响(英文)

研究了把高密度脉冲电流以外部瞬间能量和环境作功的形式注入到凝固过程中的高熔点2024铝合金熔体以细化其凝固组织。结果表明,高密度脉冲电流可以显著细化其凝固组织。讨论了高密度脉冲电流细化凝固组织的机理,指出了需要进一步解决的新问题。

2024铝合金振动疲劳特性及断口分析

研究激振频率对铝合金悬臂梁结构振动疲劳特性的影响。在不同激振频率下测试2024铝合金悬臂梁相同初始应力幅值下的振动疲劳寿命。利用体式显微镜及扫描电镜对疲劳断口进行微观分析。结果表明:初始应力相同时,处于共振状态的悬臂梁振动疲劳寿命最长,瞬断区面积最小。微观分析表明,疲劳裂纹源萌生于材料表面的最大应力区,在裂纹源区有明显的放射状条纹、贝壳线和大量刻面;在疲劳裂纹扩展区,除疲劳条带外,还观察到大量的二次疲劳裂纹;疲劳瞬断区则由大量韧窝构成,表现出典型的韧性断裂特征。微观分析可知合金内强化相颗粒对疲劳裂纹扩展有明显的阻碍作用。

2024铝合金中沉淀相对PLC效应的影响

对2024铝合金进行不同温度下的热处理,得到了一系列具有不同溶质原子浓度的基体及析出相含量的铝合金试样.将这些试样分别在低温(-100℃)和室温(25℃)下进行拉伸实验,分析其锯齿幅值和临界应变随应变率的变化趋势.结果表明,溶质原子是Portevin-Le Chatelier(PLC)效应的必要因素,单纯的位错切割沉淀相不足以产生PLC效应,只能影响PLC效应,并且沉淀相对PLC效应的影响在中等拉伸应变率时表现明显.

电磁铸造与普通连续铸造2024铝合金的组织性能对比

采用电磁铸造技术和普通连续铸造技术铸造了 2 0 2 4变形铝合金 ,采用光学显微镜和扫描电镜分析了其显微组织 ,而且对其进行了固溶处理加人工时效。结果表明电磁铸造锭内部组织细小均匀 ,有高的硬度和良好的疲劳性能 ,电磁铸造试样的硬度大约是普通连续铸造铸坯的 2倍 ,疲劳性能是普通连续铸造铸坯的 3倍。电磁铸造铸坯还有良好的耐磨性 ,磨损失重量是普通连续铸造的一半。

2024铝合金阳极氧化膜的结构和耐蚀性能

为促进2024铝合金的进一步应用，用动电位阳极极化和电化学阻抗方法研究了2024A1合金阳极氧化膜的结构及其在3．5％NaCl水溶液中的耐蚀性。结果表明，经硫酸阳极氧化的2024AI合金较未处理基体的腐蚀速度降低了2个数量级以上，表现出相当好的保护性能；用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对阳极氧化膜的形貌观察发现，氧化膜表面平整，孔隙分布均匀，每个孔隙周围多含6个孔隙，也有5和7个孔隙结构，其孔隙尺寸细小，大小在10-30nm之间。