高温短时人工时效对2524合金疲劳性能的影响

研究高温短时时效对2524合金室温拉伸及疲劳性能的影响,采用3DAP分析、透射电镜等对合金组织进行观察。结果表明:经过高温短时时效试样的抗拉强度与自然时效试样的相当,但是塑性有很大的提高;高温短时时效后试样的疲劳裂纹扩展速率比自然时效试样低。经过高温短时人工时效的2524合金组织中Cu和Mg原子发生强烈偏聚形成圆盘状的GPB区,尺寸较大,这种人工时效组织既能提高应力循环下的裂纹张开扩展阻力,又不影响裂纹闭合,从而降低疲劳裂纹扩展速率。

2524合金的热稳定性研究

利用常温力学拉伸和透射电镜观察等分析和测试方法,研究了2524合金的热稳定性及Ag微合金化对2524合金的室温力学性能和热稳定性的影响,并从理论上进行了分析和讨论。2524-T351与2524-150℃/30min在100℃热暴露条件只出现一个强度峰值。2524-T351合金的强度峰值出现时间为500h,抗拉强度峰值为491MPa,2524-150℃/30min合金的时效峰值出现时间为2000h,抗拉强度峰值为478.26MPa。2524-T351合金的延伸率与2524-150℃/30min合金相差不大。2524-150℃/30min在热暴露过程中强度变化不大,热稳定性好。对加Ag的2524铝合金(Al-4.5Cu-0.9Mg-0.1Ag-0.6Mn)采用495℃固溶处理1h+150℃∕30min时效,所得到的强度高并且稳定性好。2524合金中加入少量的Ag后,改善了合金的时效硬化特性,经100℃热暴露500h后的强度略高于2524合金。

2524-T34合金疲劳裂纹的萌生和扩展行为

通过四点弯曲疲劳试验研究2524-T34板材的疲劳性能,借助金相和扫描电镜观察疲劳裂纹的萌生和扩展行为。结果表明:2524合金具有良好的疲劳性能,疲劳强度达到屈服强度的80%以上;疲劳裂纹主要在第二相粒子以及第二相粒子/基体界面萌生,裂纹扩展过程中的偏转与晶界的阻碍有关;相邻晶粒内两个有利滑移面之间的位向差是控制裂纹通过晶界扩展的重要因素。

2524铝合金热稳定性研究

通过力学拉伸、DSC热分析和透射电镜观察,研究了150℃不同时间热暴露对2524合金组织与性能的影响。结果表明:经自然时效(T351)和高温短时人工时效处理(170℃×30min)的合金在热暴露过程中,合金强度随热暴露时间的延长先增加后下降,而伸长率逐渐下降。热暴露500h后,高温短时人工时效处理的试样力学性能退化较快。2524合金高温短时人工时效获得的较大尺寸的原子偏聚(GPB)区比自然时效中的GPB区较难回溶,因此形成的S′相尺寸较大,更易粗化。150℃热暴露合金力学性能衰退的主要原因可归结为合金基体主要强化相S′(Al2CuMg)相粗化以及晶界无析出带(PFZ)的宽化。

化学铣切对2524-T3铝合金薄板表面形貌和性能的影响

对2524-T3铝合金薄板进行化学铣切试验,研究了化学铣切前后薄板的表面形貌、拉伸性能和疲劳性能。结果表明:化学铣切前薄板表面存在尺寸为5~10μm的粗大第二相粒子AlCuMg和氧化物,化学铣切后表面出现大量直径为10~50μm的浅表腐蚀坑,还有第二相粒子部分溶解剥离而残留的微孔洞,表面粗糙度提高;化学铣切对薄板的室温拉伸性能无显著影响,化铣前后的屈服强度不低于330 MPa,抗拉强度不低于460 MPa,断后伸长率保持在20%以上;化铣前后薄板的疲劳强度分别为153.5,138.3 MPa,化铣后疲劳强度相比化铣前下降了9.9%。

2524铸态合金均匀化过程中微观组织的变化

在不同温度和不同保温时间条件下对2524铸态合金进行均匀化处理,利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、差示扫描量热法(DSC)和金相显微镜(OM)等,研究2524铸态合金在均匀化过程中微观组织的变化,并分析在不同的均匀化处理状态下T相(即Al20Cu2Mn3相)的析出情况。结果表明:2524铸态合金中存在严重的枝晶偏析,大量的非平衡共晶相连续地沿晶界分布,主要的第二相为Al2Cu和Al2Cu Mg;主要合金元素不同程度地富集在晶界,富集程度为Cu>Mg>Mn;最佳的均匀化处理制度为500℃/48 h,均匀化处理后,Al2Cu和Al2Cu Mg基本回溶至基体,只余少量难溶的Al Cu Fe Mn相散布在晶界,该均匀化制度与均匀化动力学方程的计算结果基本一致;随均匀化处理温度升高,T相粒子的尺寸逐渐增大而数目逐渐减少。

2524铝合金薄板平面各向异性研究

采用室温拉伸性能测试、金相组织观察、XRD反极图测定和透射电子显微分析等方法研究了冷轧态和T3态2mm厚2524铝合金薄板不同取向条件下的显微组织和拉伸力学性能。以{110}<112>单组分织构模型为基础,研究了织构与平面各向异性的关系。结果表明,2524冷轧态和T3态铝合金薄板在与轧制方向成45°和60°方向上的强度较0°、30°和90°方向上的强度低,延伸率则是45°方向上最高;轧向力学性能优于横向力学性能;冷轧态合金薄板的平面各向异性高于T3态合金板材;2524冷轧态合金薄板的主要织构为{110}<112>,次要织构为{311}<112>;2524-T3态铝合金成品薄板的主要织构为{110}<001>;2524铝合金薄板的平面各向异性与合金的晶粒结构以及晶体学织构密切有关,其中晶体学织构是造成合金板材平面各向异性的主要原因。

2524铝合金的蠕变时效行为

采用拉伸测试、维氏硬度测试和透射电镜分析等方法研究实验应力和时效时间对2524铝合金蠕变时效行为的影响。结果表明:时效时间和试验应力对材料的成形与微观组织均有较大的影响,应力越大、时间越长,蠕变行为越明显;在190℃温度下,试验应力为180 MPa,时效时间约为12 h时,材料的硬度和强度趋近于峰值;TEM分析表明,合金板材强度和伸长率的差别主要由时效后强化相S′相和S″相的尺寸和分布密度决定;采用线性回归方法获得合金在190℃下稳态蠕变速率与实验应力的本构关系。

时效对2524铝合金热稳定性的影响

研究了2524铝合金自然时效和高温短时间时效组织的热稳定性.结果表明,2524铝合金自然时效试样的抗拉强度在热暴露过程中有较大的提高,而高温短时人工时效的试样强度几乎不变.2524铝合金自然时效态试样在热暴露中析出S'相的速度较快、数量较多,而高温短时人工时效态试样S'相的析出速度较慢、数量较少.2524铝合金高温短时间人工时效合金中形成的GPB区尺寸大于自然时效合金中的GPB区.而在热暴露过程中尺寸较大的GPB区比尺寸较小的GPB区较难回溶,因此高温短时人工时效获得的GPB组织比自然时效获得的GPB区稳定性更高.

微量Sc和Zr对2524SZ合金薄板疲劳裂纹扩展特性的影响

采用拉伸和疲劳力学性能测试、金相和透射电子显微分析,研究2524和用微量Sc和Zr合金化的2524SZ合金T3态薄板的组织和性能,考察微量Sc和Zr合金化对2524SZ合金T3态薄板疲劳裂纹扩展特性的影响。结果表明:微量Sc和Zr在2524SZ合金中主要以次生的Al3(Sc,Zr)粒子形式存在,这种粒子与基体共格,固溶处理过程中能部分抑制合金的再结晶,基体晶粒组织主要由细小的亚晶组成;在相近的应力强度因子ΔK条件下,2524和2524SZ合金T3态薄板的疲劳裂纹扩展速率分别为4.50和2.35μm/cycle,表明添加微量Sc和Zr能显著降低2524SZ合金抵抗疲劳裂纹扩展速率;亚晶强化和Al3(Sc,Zr)相析出强化是微量Sc和Zr使2524SZ合金疲劳裂纹扩展速率降低的主要原因。

轧制工艺对2524铝合金显微组织和力学性能的影响

采用光学显微镜、拉伸试验机及显微硬度仪,研究了轧制温度对2524铝合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:2524铝合金铸态组织中存在大量枝晶结构和成分偏析,经均匀化处理后枝晶消失,成分偏析改善。2524铝合金经大应变轧制后晶粒沿轧制方向被拉长,晶粒内部和晶界处留存大量第二相。随轧制温度降低,2524铝合金强度、硬度升高,断后伸长率先升后降。在轧制温度25℃时,抗拉强度以及硬度达到最高,分别为328 MPa和106.5 HV;在轧制温度为200℃时,伸长率达到最大值(14%)。

应力-电场耦合时效对2524铝合金微观组织的影响

采用光学显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)、正电子淹没谱等分析手段,研究应力、应力-电场耦合时效后2524铝合金的微观组织。研究结果表明:在190℃时效10 h时,外加130 MPa应力抑制2524铝合金中S′相的均匀形核和长大。应力(130 MPa)+电场(16 V/cm)耦合时效后,合金中出现了高密度的位错环和蜷线位错,S′相在位错和含Mn相周围细小弥散析出,晶界处PFZ缩小并出现大量细小S′相。

2524铝合金的蠕变时效行为及本构方程

通过在电子蠕变试验机上进行蠕变时效试验,研究了2524铝合金在时效温度为453～473K、试验应力为140～210MPa条件下的蠕变时效行为;采用包含双曲正弦函数的方程,通过对试验数据的线性回归分析,建立了2524铝合金稳态蠕变速率与试验应力及时效温度之间的关联本构模型。结果表明:随着试验应力增大和时效温度升高,2524铝合金的稳态蠕变速率增大,且蠕变曲线在第二阶段持续的时间缩短;依据本构方程计算出该铝合金在各条件下的稳态蠕变速率的数值和试验值的平均相对误差为6.9%,该本构方程可为2524铝合金蠕变时效成形工艺的制定提供依据。

薄板2524铝合金激光填丝焊接工艺及组织性能

2524铝合金是具有优异损伤容限的新型航空高强Al-Cu-Mg合金.采用高功率光纤激光器焊接1.6 mm厚2524铝合金,研究了填充5087焊丝情况下,激光功率、焊接速度和填丝速度对焊缝成形、热裂纹倾向和焊缝显微组织的影响,优化焊接工艺参数,考察接头静态拉伸性能.结果表明,采用填充材料后,焊缝柱状枝晶生长方向性明显减小、晶粒细化、晶界共晶增多、热裂纹倾向降低.当激光功率为2.5 kW,焊接速度为2 m/min,填丝速度为2 m/min时,可获得成形良好、无缺陷的焊缝,接头抗拉强度达到313~324 MPa,拉伸断裂于接头熔合线附近,断口处有大量韧窝,呈韧性断裂特征.

7150和2524异种铝合金的搅拌摩擦焊叠焊接头组织与性能分析

采用搅拌摩擦焊方法实现了7150桁条和2524薄板异种铝合金的叠焊,得到外观良好、变形小的叠焊接头。对叠焊接头进行了力学性能和显微组织分析,结果表明:接头的平均横向拉伸强度为418 MPa,达到2524母材强度的92.8%,双道焊缝的平均纵向剥离强度达到173.6 MPa。前进侧和后退侧热影响区的晶粒组织均发生了粗化,焊核区晶粒细小,有明显洋葱环形貌。交界区材料自上而下有明显的层状线型流动形貌,结合区域两种合金金属组织相互渗透,混合充分,形成稳定可靠的连接。

PLC控制激光焊接2524铝合金接头的组织研究

采用PLC控制激光焊接工艺参数对2524铝合金进行了焊接处理,研究了激光功率、焊接速度和送丝速度对2524铝合金焊接接头热裂纹倾向和显微组织的影响。结果表明,随着激光功率的增加,焊接接头的裂纹总数量呈现不断增加的趋势;焊缝中心为等轴树枝晶组织,而靠近熔合线附近为柱状晶组织,焊缝中心的平均晶粒尺寸和靠近熔合线附近的焊缝柱状晶间距均增大;随着焊接速度的增加,焊接接头的裂纹总数量不断增加,热裂纹倾向加大,且焊缝区域的熔宽和焊缝面积减小;随着送丝速度的增加,焊接接头的裂纹总数量降低。采用填充焊丝的焊接工艺后,焊缝的成形性相对自熔焊接更好,且焊缝面积明显增大。

转子转速和气体流量对2524铝合金除气效果的影响

采用水模拟实验和铝熔体除气实验相结合的方法研究了转子转速和惰性气体流量对旋转除气法除气效果的影响及其机理.研究结果表明转子转速和气体流量对除气效果具有重要的影响.随着转子转速的增加,气泡尺寸减小,作用的区域增加,除气速率提高.在一定范围内随着气体流量的增加,气泡数量增加,除气效率提高.但当气体流量过高时,气体在转子与熔体之间产生隔离作用,气泡影响区域减小,除气效果变差.在本研究范围内转速550~690 r/min,惰性气体流量1~3 L/min是合适的工艺参数.

热轧工艺对2524铝合金组织和力学性能的影响研究

分别以不同热轧温度和不同道次变形量对铸态2524铝合金进行了热轧试验,总变形量为90%。采用光学金相显微镜、拉伸试验机等检测了轧制板材显微组织及力学性能。结果表明:随着热轧温度的逐渐降低,2524铝合金的塑性逐渐减小;在轧制过程中板材不均匀变形导致边部出现裂纹,随着轧制的进行,裂纹不断扩大使试验无法继续;当热轧温度从300℃升高至400℃时,2524铝合金中再结晶晶粒减少,合金的断裂韧性提高;2524铝合金经过400℃热轧和T6热处理后,2524铝合金的抗拉强度达到485MPa,伸长率为13.5%。

2524-T3铝合金搅拌摩擦焊对接接头的疲劳性能

对2524-T3铝合金母材及三种尺寸搅拌摩擦焊(FSW)对接接头的疲劳性能进行了研究,获得了各试样的S-N曲线并进行了分析。结果表明:在疲劳寿命为1×105周时,小厚度、短焊缝FSW对接接头的疲劳强度约为母材的80.8%,大厚度FSW对接接头的疲劳强度约为小厚度、短焊缝FSW对接接头的80.3%,大焊缝FSW对接接头的疲劳强度约为小厚度、短焊缝FSW对接接头的79.9%。

激光冲击强化对2524铝合金疲劳寿命的影响

目的探索激光冲击工艺参数对2524铝合金疲劳寿命的影响。方法开展不同激光能量、不同冲击次数下的激光冲击强化实验,测试其残余应力和表面硬度,并进行裂纹扩展实验和显微组织观察。结果激光冲击强化能显著提高材料的表面硬度,且材料的硬度值随着冲击能量和冲击次数的增加而递增,但硬度增长率随冲击次数增多而降低。激光冲击强化在试样表层形成较大的残余压应力,使用6.25 J的激光能量冲击1次,最大残余压应力可达-222MPa,并且残余压应力随着激光能量和冲击次数增加而增加,但冲击强化次数存在阈值。相较于未冲击试样,激光冲击1次的试样的疲劳寿命提升32%,冲击2次的疲劳寿命提升41%。对试样断口进行微观形貌观察,在裂纹长度为28 mm处,未冲击试样、激光冲击1次和冲击2次试样的疲劳条带间距分别为1.06、0.628、0.488μm,裂纹扩展速率分别为1.06×10^-3、6.28×10^-4、4.88×10^-4 mm/N。结论激光冲击强化能显著提高2524铝合金的表面硬度,并在表面产生较大的残余压应力。激光冲击强化能够有效迟滞2524-T3铝合金的疲劳裂纹扩展速率,进而有效延长疲劳寿命。