主轴转速对搅拌摩擦增材2219铝合金显微组织及性能的影响

采用搅拌摩擦增材法(AFSD)制备2219铝合金零件,研究200、300和400 r/min三个不同的主轴转速对沉积态2219铝合金(2219-AFSD合金)的显微组织和力学性能的影响。结果表明:与合金母材(2219-T87合金)相比,2219-AFSD合金组织相对均匀,无明显组织缺陷;在摩擦热和塑性变形的作用下发生动态再结晶,2219-AFSD合金晶粒得到明显细化。沉积过程中温度越高,2219-AFSD合金晶粒尺寸越大,第二相回溶的驱动力越大,导致沉淀强化相重新溶解至基体、θ相尺寸减小及数量减少。2219-AFSD合金极限抗拉强度为265.6~312.5 MPa,约为母材的58%~68%;而2219-AFSD合金的伸长率优于母材,提高至母材的278%~294%。此外,晶粒尺寸和极限抗拉强度与主轴转速呈正相关,断裂伸长率与主轴转速呈负相关。

孕育剂Ti,Zr对2219 Al-Cu合金焊缝组织及性能的影响

研究了焊丝中添加孕育剂Ti,Zr对2219 Al-Cu合金MIG焊缝组织和性能的影响.实验结果表明,当焊丝中Ti, Zr添加量分别为0.26％和0.33％时,整个焊缝形成了全部等轴晶组织,并且沿晶界分布的共晶相的数量减少,显著提高了焊缝 金属的抗拉强度和延伸率.在焊缝金属中, Ti,Zr以金属间铝化物质点的形式提供非均质形核的核心,促进了均匀、细小的等轴 晶粒的形成.

2219铝合金双丝焊热影响区组织及力学性能

采用焊接热模拟试验方法研究了2219铝合金双丝焊热影响区的微观结构和力学性能的变化规律。结果表明，2219铝合金双丝焊软化区温度区间为400-500℃，450℃时软化最为严重。正常冷速时热影响区最低强度仅为母材的60％。慢的冷却速度更加损害热影响区性能，因此可考虑增大冷速方法强化热影响区。峰值温度对断裂类型影响不大，合金断裂均属于韧性断裂。

2219铝合金TIG填丝堆焊成形薄壁试样组织特征

进行了2219铝合金多层单道TIG填丝堆焊成形试验，并观察了堆焊成形试样的宏观形貌与微观组织特征。结果表明，堆焊成形试样整体冶金结合良好、无明显的未熔合现象。在试样的中下部区域有平行条纹出现，条纹间距大约相等，并且条纹区域与层间位置大致重合。顶部区域组织呈树枝状，且Cu元素偏析严重。中下部区域组织形态多样，包括条纹组织、等轴组织、柱状组织和平面组织，各类组织依次循环出现，同时Cu元素偏析明显改善。堆焊试样中存在一定量的孔隙缺陷―气孔和缩孔，两者尺寸介于10～80μm 之间，集中出现在层间位置（条纹）。

孕育剂Ti和Zr元素对2219铝铜合金焊缝组织和性能的影响

采用5种焊丝对2219铝铜合金进行MIG焊,研究了孕育剂Ti和Zr元素对焊缝组织和性能的影响.结果表明,Ti和Zr元素的细化作用是相容的,当焊丝中单独添加孕育剂Ti或Zr元素时,焊缝几乎由粗大的柱状晶组成.焊丝中复合添加少量的孕育剂Ti和Zr元素时,Ti和Zr元素在熔池中分别形成Al3Ti和Al3Zr,促进了α(Al)非均质形核.随着焊丝中Ti和Zr元素含量的增加,焊缝组织逐步细化.当焊丝中Ti和Zr元素含量较高时,Ti和Zr元素还在熔池中形成大量的Al3(Ti,Zr)质点,促进α(Al)非均质形核,焊缝组织由细小均匀的等轴晶组成,显著提高了接头强度和塑性.

2219铝合金蠕变时效研究及宏微观本构建模

开展了一系列不同时效温度和应力水平下2219铝合金的单轴拉伸蠕变试验。并通过力学性能测试、透射电镜(TEM)试验,探究了材料在蠕变时效过程中的性能强化及析出相演变规律。基于试验结果,建立了一套适用于2219铝合金的宏微观统一蠕变本构模型。结果表明,该模型不仅能较好地表达材料的微观演变过程,同时也能较好地描述材料的蠕变行为与材料性能变化。

2219-T6铝合金FSW接头疲劳寿命预测

通过对2219-T6铝合金搅拌摩擦焊对接接头进行金相观察、疲劳试验和显微硬度测量,对接头的不均匀性和疲劳性能进行分析。结果表明,接头最低硬度和疲劳源基本都在热影响区。基于接头各区的显微硬度、微观形貌及微拉伸试验测试,建立接头的弹塑性有限元模型,并在循环加载下模拟接头的应力和应变分布。利用Smith-Watson-Topper损伤公式和性能薄弱区域的应力、应变数据对焊接接头进行疲劳寿命预测,预测结果与试验结果相比,寿命误差基本在两倍因子之内。

钛和锆对2219铝铜合金焊接接头组织和性能的影响

采用力学性能试验和组织观察的方法,研究了焊丝中添加钛和锆对2219铝铜合金惰性气体保护焊焊接接头显微组织和性能的影响。结果表明:钛和锆的组织细化作用是相容的,增加焊丝中钛和锆的含量,可促使焊缝中的粗大、方向性很强的柱状晶转变为细小的等轴晶;钛和锆同时改善了沿晶界和枝晶间分布的α(Al)-CuAl_2共晶分布形态,使其均匀分布;钛和锆可显著提高焊接接头的硬度、抗拉强度和伸长率。

大规格高性能2219铝合金圆锭铸造工艺研究

在工业化生产中熔炼铸造大规格2219铝合金圆锭存在许多技术难点。通过恰当地选择原料及采用高效除气、除渣技术,有效地防止了铸锭裂纹、内部疏松、粗大晶粒等缺陷,获得组织较为均匀、性能良好的大规格2219铝合金圆锭。

2219铝合金焊接接头疲劳寿命的计算机预测与试验验证

根据2219铝合金不同疲劳断裂位置的力学性能参数,采用通用法、四点法、改进四点法和混合法对2219铝合金焊接接头的疲劳寿命进行了计算机预测与试验验证。结果表明,疲劳断裂部位的力学性能参数是影响疲劳寿命计算结果的关键因素,采用局部力学性能参数得到的焊接接头疲劳寿命的计算值/试验值的分散性最小,其中改进四点法和混合法计算得到的疲劳寿命与试验值较为接近。

高强Al-Cu合金2219及其熔敷金属的点蚀行为研究

采用循环极化电化学测试、浸泡实验和表面形貌观察,研究了2219铝合金及其2种焊丝的熔敷金属在3.5%NaCl溶液中的点蚀性能.结果表明,2219铝合金抗点蚀性能优于2种焊丝的熔敷金属,这主要与α固溶体中析出的第二相θ(Al2Cu)颗粒的数量和分布形式有关.

2219铝合金搅拌摩擦焊接接头在中性介质中的腐蚀行为

采用微型电池(Microcell)和浸泡腐蚀试验研究了2219-O铝合金搅拌摩擦焊接接头在0.5mol/L NaCl中性溶液中的微区电化学特征和腐蚀行为,通过光学轮廓仪分析了经14d浸泡后接头的均匀腐蚀深度以及点蚀形貌、深度和密度,讨论了影响腐蚀行为的机理。结果表明:接头在无外电流干扰下即发生点蚀。与母材相比,热影响区的腐蚀行为没有明显改变;热机械影响区的耐蚀性略有提高;轴肩作用区(SAZ)因θ相回溶和被打碎,提高了基体中固溶的Cu含量,降低了SAZ的腐蚀速率以及点蚀深度、体积和密度,耐蚀性提高。

装配条件对2219铝合金搅拌摩擦焊接工艺的影响

对2219铝合金搅拌摩擦焊接过程中容易出现的对接间隙、搅拌头与对接界面不对中等装配条件进行研究,并对接头的微观组织和力学性能进行分析。结果表明:在转速800r/min、焊速200mm/min、轴肩下压量0.3mm的优化参数下,接头抗拉强度随对接间隙的增加而降低,当对接间隙达到0.5mm时,接头拉伸性能显著降低;随着搅拌头偏移对接界面距离的增加,接头拉伸性能逐渐降低,但不同偏移方向有所差别,当偏移距离达到2.0mm时,接头底部出现未焊合缺陷,拉伸性能降低明显。

2219铝合金高温塑性变形应变补偿的本构模型

利用Gleeble-3500热压缩试验机,在不同的应变速率(0.01～01 s^(-1))和温度(350～500℃)获得了2219铝合金的真应力-真应变曲线,研究了2219铝合金的高温流动特性。然后,考虑到应变的影响,建立了应变补偿的双曲正弦本构模型。结果表明:2219铝合金流动应力随着变形温度降低和应变速率升高而增加。建立的应变补偿的双曲正弦模型能够很好地预测2219铝合金在高温变形过程中的流动行为。

2219铝合金热变形行为对精密旋压成形的影响

采用Gleeble-3500热力模拟试验机对2219铝合金进行物理模拟。通过应力-应变曲线和金相组织观察研究了2219铝合金的高温塑性流变行为及其对合金旋压变形的影响。结果显示:2219铝合金在高温塑性变形过程中的流变应力主要受变形温度和应变速率的影响,变形量对其影响不明显;随着变形温度的提高或应变速率的降低,应力-应变曲线中的峰值应力和稳态流变应力均呈现下降的趋势。另外,采用"Gleeble"物理模拟+工艺试验的研制路线有助于实现2219铝合金大型结构件旋压成形的"控形",基于热模拟结果设计特征旋压温度(300～350℃)、进给比(0.6～1.5 mm/r)、变形量(30%)对2219铝板进行旋压变形,可获得内、外表面质量均良好的大型铝合金壳体,其壁厚差<0.2 mm,且壳体内型面与理论型面样板单边间隙<0.1 mm。

Effect of In-Situ TiB₂Particle Addition on the Mechanical Properties of AA 2219 Al Alloy Composite

Aluminium alloy AA2219 was reinforced with TiB2 particles introduced in-situ by the saltmetal reaction technique. The microstructural examinations of the composites clearly reveal the formation of TiB2 particles with a hexagonal morphology. The addition of TiB2 particles results in increased mechanical properties, such as 0.2%YS, UTS and hardness. The improvement in mechanical properties is correlated to the microstructure.

切削液中的微生物对2219铝合金腐蚀行为影响

为了研究切削液中滋生的微生物对航空航天用2219铝合金的腐蚀影响,采用失重法分析切削液中的微生物对2219铝合金的腐蚀速率,使用倒置荧光显微镜观察微生物在2219铝合金表面的附着情况,利用扫描电子显微镜(SEM)和白光干涉仪分别观察表面腐蚀产物形貌及腐蚀轮廓,并用能谱仪(EDS)分析表面腐蚀产物成分,最后利用电化学阻抗谱(EIS)研究该铝合金的腐蚀机制。结果表明:切削液中的微生物会附着在2219铝合金表面,形成不均匀的腐蚀产物膜和生物膜,微生物的存在使2219铝合金的腐蚀速率增大了59%;去除表面膜层后,发现明显的点蚀坑,最大深度为9.96μm。电化学结果还表明,在含有多种微生物的切削液中,铝合金的电荷转移电阻逐渐减低,腐蚀速率显著提高。研究表明,切削液中微生物的存在明显加速了2219铝合金的腐蚀,而且腐蚀形式以点蚀为主。

2219铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺研究

通过典型不等厚度2219铝合金变极性等离子弧(VPPA)穿孔立焊焊接工艺试验,研究了VPPA立焊工艺特性和工艺参数对焊缝成形的影响,并评定了接头的综合性能,确定了接头的最佳焊接工艺。试验表明,采用匹配的工艺参数进行VPPA立焊,可形成稳定穿孔效应和良好成形,其焊缝无任何气孔、夹杂,力学性能和接头质量高于TIG焊缝。

多向锻造变形温度对2219铝合金微观组织和力学性能的影响

2219铝合金运载火箭贮箱过渡环制造过程中,残余结晶相(Residual crystalline phase,RCPs)偏聚严重是导致环件组织不均匀、力学性能偏低的主要因素,迫切需要解决。对2219铝合金进行多向锻造试验,研究锻造变形温度T对RCPs和力学性能的影响。研究结果表明,随着T的增加(240~450℃),RCPs的面积分数f逐渐增加,但当T增加至510℃时,f值急剧下降。此外,当T为450℃时,RCPs的消减效果较差,合金的断口组织以穿晶断裂为主,脆性断裂特征明显;锻件力学性能较低,抗拉强度σ_(b)、屈服强度σ_(s)和伸长率ε仅为381 MPa、298 MPa和5.9%。当T升至510℃时,RCPs以拉断或溶断的方式细化;断口组织仍以穿晶断裂为主,倾向于塑性断裂,锻件的力学性能显著提升,σ_(b)、σ_(s)和ε分别增至398 MPa、328 MPa和7.7%。当T为240℃时,RCPs以破碎的方式细化,消减效果较好;断口组织为沿晶断裂和穿晶断裂的混合模式,韧性断裂特征明显,获得的力学性能最佳,σ_(b)、σ_(s)和ε分别为417 MPa、326 MPa和8.2%。

2219-T8铝合金搅拌摩擦焊接头力学和应力腐蚀性能薄弱区研究

对2219-T8铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头在拉伸过程中,热机械影响区(TMAZ)的变形行为、断裂途径和190 MPa下微区电化学性能进行了研究.结果表明,焊接热循环和搅拌作用加权强化效果最弱的区域是强度最差的位置;拉伸时接头变形主要发生在TMAZ,但由于受到焊核区的拘束程度不同,TMAZ下层应变更大,导致裂纹起源于下层;在相同的应力水平下,TMAZ表面的钝化膜更易破裂,甚至会有微裂纹出现,这使得当接头处于应力腐蚀环境中时,TMAZ更易发生局部腐蚀,导致接头的抗应力腐蚀能力下降.