2A11-T4铝合金棒材金属夹杂分析

我公司供给用户的2A11-T4铝合金合金的棒材存在夹杂,用户认为是冶金缺陷。通过对该缺陷进行宏观组织、微观组织观察和分析,结果表明,此缺陷为金属夹杂,是挤压残料未清理干净所致,应属于加工缺陷。

模拟沿海大气环境腐蚀对2A12-T4铝合金板件疲劳行为的影响

对航空材料服役的大气环境开展实验室加速模拟试验以获得其长期腐蚀行为和寿命退化情况是相关材料和装备设计、制造、维修以及寿命评定和寿命控制的重要内容和基础。通过开展针对2A12-T4铝合金板件的模拟铝合金沿海大气腐蚀的实验室加速腐蚀试验,模拟研究从初期点蚀到后期剥蚀的整个沿海大气腐蚀过程中,腐蚀对铝合金板件疲劳特性的影响;基于疲劳寿命退化相当的原则,建立2A12-T4铝合金板件加速腐蚀与大气腐蚀之间的加速等效关系。结果表明:2A12-T4铝合金实验室加速预腐蚀后疲劳寿命退化规律与大气预腐蚀疲劳寿命退化规律一致,均呈现为“快速下降期”+“平台期”的特征。

预应力腐蚀对2A12-T4铝合金疲劳寿命的影响

进行了两种温度三种应力水平下2A12-T4铝合金试样在EXCO溶液中不同浸泡时间的预应力腐蚀试验,而后进行疲劳试验至试件断裂。采用多元方差分析,确定了腐蚀温度、浸泡时间和应力水平是影响试件疲劳寿命的显著因素,三者的共同作用会加剧试样的腐蚀,降低试样的疲劳寿命。根据试验结果,采用回归算法,建立了以腐蚀温度、浸泡时间和应力水平三参数表征的剩余疲劳寿命计算模型,理论值与试验值对比,二者误差约为25%。通过扫描电镜观察,分析了腐蚀温度、浸泡时间和应力水平对试件微观损伤的机理。

不同厚度2A12-T4铝合金板的疲劳裂纹扩展形貌

对不同厚度2A12-T4铝合金单边缺口试样进行了疲劳裂纹扩展试验,观察了裂纹稳定扩展前沿形貌并用椭圆方程进行了拟合,得到了椭圆方程拟合参数;建立了裂纹前沿相对隧道深度与试样厚度之间的数学表达式,并对裂纹扩展前沿形貌转变的临界厚度进行了预测,最后进行了试验验证。结果表明:随着试样厚度的增加,试样表层与中心层裂纹长度的差值逐渐变小,疲劳裂纹稳定扩展前沿形貌由"隧道"形状逐渐变成与表面垂直的直线形;裂纹前沿相对隧道深度随试样厚度的增加而减小,并在厚度为31.5mm时趋向0,试验结果证明了预测结果的准确性。

静轴肩搅拌摩擦焊2A14-T4铝合金T形接头的组织和性能

采用静轴肩搅拌摩擦焊技术实现了8.5 mm厚2A14-T4铝合金T形接头的焊接,研究了接头的宏观成型、显微组织及力学性能。结果表明:焊缝表面呈现光滑无弧纹特征,焊缝外部和内部未发现焊接缺陷;SSFSW T形接头截面焊接区域形貌整体呈现两头宽、中间窄的“开口哑铃”状,焊核区晶粒表现为取向随机的等轴晶,焊核区平均晶粒尺寸表现为第二次焊核区最大,焊接重合区次之,第一次焊核区最小。焊核区再结晶机制以几何动态再结晶为主并伴随有部分连续动态再结晶;热机影响区较窄且晶粒被拉长变形,热影响区组织晶粒长大粗化;焊接过程中第二相粒子的析出粗化造成焊核区硬度降低,硬度最低点出现在第一道焊缝热影响区与热机影响区的交界处;接头的硬度较低区域和结构尺寸引起的应力集中导致T形接头底板与筋板容易萌生裂纹、发生断裂;断口中存在较多的撕裂棱以及大小不一的韧窝,在韧窝中存在尺寸不均匀的第二相颗粒,断口呈现韧性断裂特征。

平头弹撞击角度对2A12-T4铝合金板失效特性影响的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS建立模拟模型,开展38Cr Si钢弹体撞击2A12-T4铝合金板数值模拟研究,分析撞击过程中弹体撞击角度对弹道姿态及靶体失效特性的影响。基于数值仿真和实验结果,分析靶体的失效特性,确立不同撞击条件下靶体主要失效模式的转变规律,以及由此对靶体抗撞击性能的影响。研究结果表明:弹体的弹道极限速度随其撞击角度的增大先减小后增大,弹道极限速度在撞击角度约为15°时达到最小值;弹体撞击角度对靶体失效模式存在很大影响,随着弹体撞击角度的增大,靶体主要失效模式由剪切破坏逐渐过渡到撕裂破坏,靶体的撕裂程度不断加剧;弹体初始撞击角度和速度对其在撞击过程中的弹道姿态存在影响,在弹道极限速度附近表现尤为显著。

2A12-T4铝合金变截面板材的生产工艺优化

通过对轧辊凸度、道次加工率分配、压光辊凸度、压光方法等的调整试验,解决了变截面板材生产中出现的大波浪、楔形度不稳等问题,生产出了优质的2A12-T4铝合金变截面板材。

腐蚀/疲劳交替作用下2A12-T4铝合金的损伤特性

对2A12-T4铝合金进行腐蚀/疲劳交替试验,探讨了其在腐蚀/疲劳交替作用下的损伤特性。结果表明:腐蚀和疲劳的耦合作用加剧了疲劳寿命的下降,腐蚀坑在垂直于疲劳加载方向上形成表面小裂纹;在腐蚀/疲劳交替作用下,试样断口表面会产生多个疲劳源;腐蚀/疲劳交替试验更接近飞机结构真实的使用坏境。

宽应变率范围下2A16-T4铝合金动态力学性能

为了研究2A16-T4铝合金的动态力学性能,利用电子万能试验机、高速液压伺服试验机及霍普金森压杆(SHPB)装置进行常温下准静态、中应变率和高应变率的动态力学性能实验,得到不同应变率下的应力应变曲线,基于修正的Johnson-Cook本构模型对它进行拟合,并分析材料中应变率力学特性对模型应变率敏感参量的影响。结果表明:2A16-T4铝合金在应变率10-4~102 s-1范围内应变率敏感性较弱,而在102~103 s-1范围内应变率敏感性较强,且应变率强化效应随塑性应变的增大而减小;同时,在10-4~103 s-1范围内具有较强的应变硬化效应,且应变硬化效应随应变率的增大而减小;此外,修正Johnson-Cook本构模型的拟合结果与实验结果吻合很好,能够很好表征材料的动态力学行为,且考虑材料中应变率力学特性可提高本构模型参量的准确性。

应力幅比对2A12-T4铝合金多轴疲劳裂纹萌生及扩展行为的影响

许多工程结构在服役过程中往往承受着复杂的多轴疲劳载荷,仅靠单轴载荷来简化复杂载荷状态的失效预测方法将不再适用。因此,准确预测复杂载荷下工程结构的多轴疲劳失效行为对提高结构安全性具有重要意义。疲劳裂纹萌生及扩展是疲劳失效行为最直观的反应,针对2A12-T4铝合金实心圆棒试件,在相同的等效von Mises应力幅值下,开展了不同应力幅比下的多轴疲劳试验。采用金相显微镜对试件表面裂纹萌生及扩展行为进行了观测,研究了不同应力幅比下试件表面裂纹形态及扩展路径,探讨了不同应力幅比下2A12-T4铝合金多轴疲劳失效行为。结果表明,对于2A12-T4铝合金,试件表面均存在多条裂纹,导致疲劳破坏的主裂纹只有1条;裂纹萌生方向接近于最大切应力幅值平面,裂纹扩展第Ⅰ阶段的长度与方向同时受到应力幅比的影响;主裂纹扩展路径主要沿着最大切应力幅值平面,最大切应力幅值是引起2A12-T4铝合金多轴疲劳失效的主要控制参量。

2A12-T4(大规格)阶段变断面铝合金挤压型材拉伸工艺的研究

通过对2A12-T4合金大规格阶段变断面铝型材拉伸工艺的试验,进一步掌握了这种型材从挤压到拉伸及精整时的尺寸变化规律,为今后该型材的批量生产积累了经验。

2A12-T4铝合金挤压圆棒材锯切开裂的原因分析及预防措施

本文针对2A12-T4棒材在锯切过程中发生的开裂现象,从合金特性、铸造应力、残余车削加工应力、均匀化处理后的淬火效应、残余挤压应力和残余淬火应力等方面,分析了2A12-T4棒材锯切开裂的原因,提出了预防开裂的一些措施。

基于数字图像相关和等应力假设研究2A12-T4铝合金FSW接头的局部力学行为

基于数字图像相关(DIC)方法对2A12-T4铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头拉伸过程的非均匀变形行为进行分析,然后采用等应力假设方法研究了接头的局部力学性能,并与横向拉伸试验得到的整体力学性能进行对比。结果表明:基于DIC方法可知,拉伸过程中接头内部存在较大的应变梯度,采用等应力假设方法计算得到的母材局部真应力-真应变数据与试验得到的真应力-真应变曲线相吻合,验证了等应力假设方法的准确性;计算得到前进侧距焊缝中心6.5mm处热影响区的真应力-真应变曲线更接近于接头的,热机影响区与热影响区交界处的屈服强度最低,为接头力学性能最薄弱区域;接头高强度区对低强度区存在约束效应,导致接头的整体力学性能优于最薄弱区域的局部力学性能。

镜像铣和化学铣切对2A12铝合金表面完整性与疲劳行为的影响

对比研究了金刚石刀具和硬质合金刀具镜像铣,以及化学铣切2A12-T4铝合金试样的表面形貌、表面粗糙度、残余应力、硬度和疲劳性能。结果表明:镜像铣等厚度平板试样(一面硬质合金刀具加工,一面金刚石刀具加工)的细节疲劳额定强度比化学铣切试样提高了4.27%,而金刚石刀具镜像铣下陷试样的细节疲劳额定强度则提高了22.46%;金刚石刀具镜像铣试样获得了比硬质合金刀具镜像铣试样以及化学铣切试样更高的疲劳抗力。金刚石刀具镜像铣在试样表面引入了残余压应力,提高了表面硬度,降低了表面粗糙度,并未使表层组织受到破坏,因此裂纹萌生和扩展阻力提高。化学铣切试样表面存在的点蚀坑、晶间腐蚀缺陷及残余拉应力,以及硬质合金刀具镜像铣试样表面存在的较深刀痕沟槽和残余拉应力均促进了裂纹的萌生。

卵形弹体冲击铝合金泡沫夹芯板失效特性研究

利用一级气炮系统发射卵形弹冲击无黏合铝合金-泡沫-铝合金夹芯板,获取靶板的弹道性能及挠度。对比分析两种工况下靶体的弹道极限速度和失效模式,揭示聚甲基丙烯酸亚胺(PMI)泡沫芯体对夹芯板失效机理的影响规律。结果表明:卵形弹冲击泡沫夹芯板弹道极限高于双层铝合金板,泡沫芯体对双层铝合金板抗冲击性能的影响随弹体冲击速度增加而减小。泡沫芯体在夹芯板中减缓两层金属板间相互作用力,使前金属板的变形挠度小于后金属板。

铝合金厚板静止轴肩搅拌摩擦焊接头组织及性能

采用8.5 mm厚度2A14-T4铝合金和自主研制搅拌工具进行静止轴肩搅拌摩擦焊(stationary shoulder friction stir welding,SSFSW)实验,探讨焊接工艺参数对接头组织和力学性能的影响规律。结果表明:只有在低转速工艺参数范围内(转速ω=400-600 r/min与焊接速率v=60-120 mm/min)可获得焊缝表面光滑、无缺陷厚板铝合金SSFSW焊接接头。SSFSW焊缝区主要由焊核区(NZ)组成,周围热力影响区(TMAZ)及热影响区(HAZ)宽度明显减小,焊核区与搅拌针形状类似且由两种不同尺寸细小等轴晶构成,前进侧NZ晶粒比后退侧NZ更为细小。接头显微硬度呈“W”状分布,NZ硬度值可达到母材硬度80%-90%,TMAZ与HAZ交界处存在软化区,硬度最低为母材硬度72%左右。在给定ω=500 r/min,v=140 mm/min焊接参数下,SSFSW接头抗拉强度可达到母材的88%,断裂位置多位于后退侧TMAZ与HAZ交界处软化区,具有韧性断裂特征。

铝合金T形型材电磁校形试验研究

对淬火2A12-T4铝合金T形型材进行电磁校形试验研究。结果表明:通过电磁校形能实现给定T形型材的可控校形,工艺效率高。对于带整体翘曲型缺陷的型材,根据弯曲变形规律打击局部区域可获得校形效果;对于带缘板局部波浪形缺陷的型材,顺序打击局部缺陷处可实现校形;对于整体翘曲与缘板局部波浪缺陷并存的型材,先校形缘板局部波浪缺陷,再校形整体翘曲可达到形状精度要求。在相同压下量下,与长时加载的压力机校形相比,电磁校形时T形型材的切向应力分布梯度更大,导致沿长度方向上产生了更大的塑性变形,加载与变形瞬时完成,校形效率高。

制孔偏差对铝合金单钉双剪连接性能的影响

航空产品在手工制孔或移动式机器人制孔过程中易出现孔径超差、孔倾斜等问题,为结构件的使用留下安全隐患。以2A12-T4航空用铝合金为研究对象,通过开展静拉伸试验、疲劳试验,研究了孔径偏差、垂直度偏差对铝合金单钉双剪连接性能的影响。研究发现:铝合金单钉双剪连接结构的静拉伸失效以劈裂破坏为主,疲劳失效均为横截面断裂失效;垂直度偏差、孔径偏差对连接件静拉伸强度的影响较小,对静拉伸强度的折损均在10%以内;垂直度偏差、孔径偏差对连接件疲劳性能造成显著影响,其中垂直度偏差为4°、疲劳载荷为70%最大静拉伸力时的影响最大,会使疲劳寿命降低73.60%;制孔偏差对疲劳失效过程的影响主要表现在影响疲劳裂纹的萌生区域、扩展方向与扩展速度等。

2A12-T4铝合金在盐雾环境下的腐蚀行为与腐蚀机理研究

采用失重法、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和电化学技术研究了2A12-T4铝合金在盐雾环境下的腐蚀规律及机理。结果表明:2A12-T4铝合金的腐蚀失重量与腐蚀时间符合幂指数函数规律。腐蚀初期,在Cl-作用下2A12-T4合金发生点蚀,随后点蚀发展为全面腐蚀,电化学腐蚀产生大量Al(OH)3导致疏松腐蚀产物层增厚;腐蚀中、后期,外层腐蚀产物发生脱落,剩余致密堆叠的腐蚀产物层。电化学测试表明,随着腐蚀时间的延长,2A12-T4合金的自腐蚀电流密度先减小后增大再减小,容抗弧先收缩后扩大,最后略有收缩。

腐蚀与交变载荷循环作用对2A12-T4铝合金疲劳寿命的影响

对2A12-T4典型航空铝合金进行了腐蚀与疲劳交替循环实验,研究了腐蚀与疲劳加载交替循环频次、腐蚀方式(周期浸润腐蚀、盐雾腐蚀、盐雾腐蚀+湿热腐蚀)对2A12-T4铝合金疲劳性能退化规律的影响和作用机制。结果表明:在腐蚀总时间相同的条件下,腐蚀与疲劳交替循环频次对铝合金疲劳寿命有重要影响,随着交替频次的增加,铝合金疲劳寿命逐渐增大,循环交替2,4和6次的铝合金试样的疲劳寿命比交替1次试样的疲劳寿命分别增大16.9%,30.7%和50.3%。腐蚀方式对铝合金疲劳寿命也有重要的影响,对铝合金疲劳寿命影响程度从大到小的腐蚀方式排序为:盐雾腐蚀>周期浸润腐蚀>盐雾与湿热循环腐蚀。上述影响规律与腐蚀因素所起权重大小及内在机制密切相关。