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。

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。

焊丝成分对2050铝锂合金焊接性能影响研究

采用十字搭接试验方法测定2050铝锂合金焊接裂纹敏感性,研究了焊丝成分变化对2050铝锂合金焊接结晶裂纹率、液化裂纹率的影响,并对焊接接头的组织形貌、断裂特征和力学性能等进行了测试和分析。研究结果表明:采用钨极氩弧焊匹配Al-Cu-Si-Ti-Sc-Ce-B系焊丝对2050铝锂合金进行焊接,获得的焊接接头结晶裂纹率K1和液化裂纹率K2均为0,其强度系数可达母材的70%。

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。

固溶温度对2050铝锂合金挤压棒材组织和性能的影响

在一定固溶时间下,固溶温度决定淬火后基体的过饱和度和再结晶程度,是影响材料时效后性能的重要因素。通过对2050铝锂合金挤压棒材进行不同温度(450~570℃)下保温2 h的固溶热处理和170℃/40 h的人工时效处理,结合多种性能检测和微观组织观察进行表征分析,研究固溶温度对2050铝锂合金挤压棒材组织和性能的影响。结果表明:随固溶温度逐渐升高,残余相不断回溶,固溶温度为525℃时残余相主要为含Fe相,升至550℃时棒材发生轻微过烧,达到570℃时棒材严重过烧;固溶温度为500℃时棒材发生局部再结晶,570℃时棒材完全再结晶。450~550℃固溶的2050铝锂合金挤压棒材经170℃/40 h的人工时效后,随固溶温度的升高θ′相和T1相数量增加,且强度呈先快速增加后缓慢线性增加的趋势,550℃固溶的棒材屈服强度和抗拉强度最高,分别为505 MPa和567 MPa;伸长率随着固溶温度的升高先快速下降后保持稳定,由固溶温度为450℃时的13.4%降低至500~550℃时的10.7%~10.4%。

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。

预变形量对2050 Al−Li合金显微组织和力学性能的影响

研究经不同轧制预变形处理(0~20%)后2050 Al−Li合金T8时效状态的显微组织演变和力学性能。通过透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)对其显微组织进行表征。结果表明:随着预变形量的增加,晶粒尺寸沿ND方向显著变小,晶内畸变增大。位错等的缠结为T1相的析出提供了大量的形核位点。这导致析出相数量增多,析出相之间的距离缩小,从而提高了对位错运动的阻碍作用和合金强度。当预变形量为16%时,T1相数量密度和合金强度最高(屈服强度和抗拉强度分别达到568和584 MPa,伸长率为8.6%);当预变形量进一步增加到20%时,由于位错缠结,原子扩散通道减少,T1相数量的减少最终导致合金强度降低。

预变形对2050铝锂合金晶粒细化及超塑性的影响

通过形变热处理工艺制备2050铝锂合金细晶板材,采用光学显微镜、扫描电镜等研究预变形对第二相分布、晶粒组织及板材超塑性的影响。结果表明:采用预变形后,高温过时效过程中板材晶内形成大量亚晶,大量的亚晶界促进了T B相的析出同时提高了粗化速率,显著增加了晶内T B相的尺寸,使得有效激发再结晶形核第二相粒子体积分数由0.92%提高至3.28%。同时与未预变形板材相比,板材中心层平均晶粒尺寸由12.59μm降低至9.59μm,表层平均晶粒尺寸由10.79μm降低至8.60μm,晶粒细化效果得到明显改善,超塑性变形能力显著提升,在490℃,2×10^-4 s^-1的变形条件下,伸长率由230%提高至470%。

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。

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。

时效制度对2050铝锂合金微观组织和力学性能的影响

通过金相显微分析(OM)、扫描电镜观察(SEM)、透射电镜观察(TEM)、X射线衍射(XRD)、显微硬度测试、拉伸性能测试和断裂韧性测试,研究不同时效制度对2050铝锂合金组织及性能的影响。结果表明:2050铝锂合金的最佳时效制度为(145℃,80 h)。T8态合金峰时效的主要析出相为T_1相和S相,其中主要强化相为尺寸细小弥散分布的T_1相,合金强化效果较好。实验合金经时效处理后存在明显的各向异性,合金沿轧制方向的屈服强度和抗拉强度最高。随着时效温度升高,合金断裂韧性下降。

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。

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。

基于修正流变应力的2050铝锂合金统一本构方程和热加工图

通过热压缩模拟实验研究热轧态2050铝锂合金在340~500℃、0.001~10 s^(−1)下的高温塑性变形行为,分析了热压缩过程中的外摩擦和温度变化对合金流变应力的影响,并且对测量得到的流变应力进行了修正。基于修正流变应力构建了热轧态2050铝锂合金的流变应力统一本构方程,包括应变修正Arrhenius模型和Hensel-Spittel模型,同时还绘制了合金在不同应变量下的热加工图,并通过金相显微镜观察了不同变形条件热压缩试样的晶粒形貌。结果表明:外摩擦会导致流变应力测量值高于理想值,而绝热温升造成的温度变化会导致流变硬化或软化,使得流变应力改变。统一本构方程模型在拟合区间内都具有较高的拟合性,应变修正Arrhenius模型在稳态流变阶段的拟合程度较高,Hensel-Spittel模型能描述合金在整个热变形过程的流变应力变化。通过热加工图可以发现热轧态2050铝锂合金最佳的加工范围是温度420~500℃、应变速率0.001~0.003 s^(−1)区域。流变失稳区为温度350~480℃、应变速率3.16~10 s^(−1)和温度340~360℃、应变速率0.1~3.16 s^(−1)两个区域。合金在稳定区主要发生动态回复和动态再结晶,而在失稳区主要发生局部流变。

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。

2050铝锂合金形变热处理工艺

为获得较优的2050铝锂合金形变热处理工艺,本文采用正交试验和极差分析探究固溶温度、预变形量、时效温度与时效时间对合金力学性能和组织的影响。通过TEM、金相分析不同工艺下材料的微观结构,探究其与力学性能间的影响关系。结果表明,固溶温度525℃,预变形量12%,时效温度160℃,时效时间48 h的工艺参数能够获得较优综合力学性能。

预拉伸变形量对固溶态2050铝锂合金棒材力学性能影响

对固溶态2050铝锂合金挤压棒材施加1%~5%的预拉伸变形量,研究预拉伸变形量对该合金力学性能的影响。结果表明:合金经固溶滚火处理后,基体内大部分相回溶,局部区域出现了小尺寸再结晶晶粒。当预拉伸变形量增加到5%,2050铝锂台金的屈服强度增加幅度较大,由固溶态的321MPa增加到470MPa;抗拉强度的增幅较小,由固溶态的489MPa增加到534MPa;伸长率由固溶态的27.1%降低到15.0%;屈强比由固溶态的65.6%增加到88.0%。固溶态2050铝锂合金挤压棒材经2%预拉伸处理和155℃72h的时效处理后,抗拉强度、屈服强度、屈强比和伸长率分别为587MPa、555MPa、94.5%和9.8%,接近AMS4353标准要求,达到了2050铝锂合金T84状态的性能指标。从合金的综合性能考虑,预拉伸变形量宜控制在1%~3%之间。

2050铝锂合金厚板的断裂韧性及微观组织

通过力学性能测试及扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM),对2050铝锂合金厚板150℃T8态时效时不同方向的拉伸性能、断裂韧性及微观组织进行了研究.结果表明:随着时效的进行,2050铝锂合金厚板强度逐渐升高,伸长率和断裂韧性逐渐降低;时效至30h时,合金达到时效峰值,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为598MPa,568 MPa,9.6%;继续延长时效时间,合金的拉伸性能和断裂韧性均趋于稳定.T1相和θ′相的析出有利于合金强度的提高,但T1相的长大易导致应力集中和微孔形成,从而降低合金的断裂韧性.该合金在L-T方向(轧向)的拉伸性能明显优于T-L(横向)和S-L(厚向)两个方向,且断裂韧性存在明显的方向依赖性.在时效各阶段,合金的断裂韧性值在L-T,T-L,S-L三个方向上依次降低;合金晶界在L-T方向的数量较少且裂纹扩展无方向性,断裂韧性和拉伸性能较优.

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。