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。

2A97-T84铝锂合金型材形变热处理工艺技术研究

2A97铝锂合金是我国自主研发的新型Al-Cu-Li系合金,具有轻质高强、可焊性好、耐疲劳等优点。采用TEM分析、拉伸性能测试等方法研究了2A97-T84铝锂合金在不同形变热处理工艺下的显微组织和拉伸力学性能,形成了2A97-T84铝锂合金挤压型材工业化生产稳定可行的形变热处理工艺制度。研究结果表明,拉伸变形量对2A97-T84状态的性能影响极大,尤其是变形量在1%~4%范围时。结合大生产设备条件以及确保产品性能的稳定性和均匀性,工业化生产时拉伸变形量最好设定在4%,按3.5%~4.5%控制,且控制在3 h内完成;2A97铝锂合金在双级时效制度为125℃/16 h+150℃/13 h时具有强塑性好、抗剥落腐蚀性能优良等优点。

热变形对2A97铝锂合金板材组织均匀性和力学性能的影响

针对2A97铝锂合金组织不均匀导致的性能差异,通过热塑性变形来改善2A97铝锂合金的组织均匀性,并进一步提升其力学性能。采用单向压缩的方法,变形量选择30%和60%,变形温度为400℃,固溶参数为520℃、1 h,时效参数为165℃、50 h。结果显示,热变形能够显著改善2A97铝锂合金晶粒尺寸的均匀性,抑制固溶时织构的产生。60%变形量能够打碎原始组织中的大块共晶相和针状析出相,提高固溶程度,促进再结晶过程,产生大量平均晶粒尺寸为2μm的再结晶晶粒,时效后析出的T1相与θ′相尺寸较小且密集,2A97铝锂合金的极限抗拉应力达到510 MPa,相比单纯固溶时效提高了11.8%。

2A97铝锂合金喷丸表面完整性及耐腐蚀性能分析

目的延长2A97铝锂合金的服役寿命,提高其耐腐蚀性能。方法采用正交试验法,研究喷丸工艺对合金2A97加工表面完整性的影响。通过极差分析,获得喷丸角度、弹丸粒径、喷丸速度和覆盖率等工艺参数对表面粗糙度、残余应力和加工硬化的影响。采用超景深三维显微镜分析2A97喷丸前后的表面形貌,采用扫描电子显微镜分析表面元素分布,采用光学显微镜表征其微观组织结构。通过动电位极化测试和表面接触角的测量,对比、评价喷丸处理对合金表面耐腐蚀性能的影响。结果喷丸处理在合金2A97表面引入了剧烈的塑性变形层,且使其表面粗糙化。与喷丸角度和覆盖率相比,喷丸速度和弹丸粒径对表面粗糙度的影响程度更大。喷丸表面的最大残余压应力为-415.54MPa,表面加工硬化程度在133%~241%之间波动。与未喷丸相比,经喷丸后试样表层组织发生了明显细化。在质量分数为3.5%的NaCl溶液中,喷丸试样表面表现出更好的耐腐蚀性能,表面腐蚀坑数量及大小明显降低;喷丸表面接触角均大于90°,均表现出疏水性。结论相较于铣削表面,2A97铝锂合金喷丸表面的耐腐蚀性能更加优异。

2A97铝锂合金的化学铣切工艺研究

通过高频疲劳试验、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等方法对经过3种不同化铣槽液处理的2A97铝锂合金薄板表面粗糙度、疲劳性能和合金的微观组织缺陷进行了研究。结果表明:与未添加硫化钠或三乙醇胺的槽液相比,同时添加硫化钠和三乙醇胺的化铣槽液化学铣切性能更佳,化铣后的材料表面平整,微观缺陷数量较少,尺寸较小,表面粗糙度达到Ra≤1.6μm,疲劳寿命可达到3.71×10^(5)N。硫化钠和三乙醇胺的加入能有效缓解合金的局部腐蚀,使铝合金表面与化铣槽液腐蚀更加均匀,形成的微观缺陷数量更少,尺寸更小,因此,能获得更好的表面粗糙度结果和更优的疲劳性能。

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。

细晶2A97铝锂合金的固溶制度研究

采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、硬度测试、导电率测试以及拉伸性能测试等手段,研究了固溶温度和时间对细晶2A97铝锂合金组织与性能的影响。结果表明:510℃是2A97合金维持细晶状态的最高固溶温度,540℃是合金不过烧前提下的最高固溶温度;结合人工时效判断最佳固溶时间,确定为90 min。在此前提下,对比510℃与540℃固溶淬火后自然时效的力学性能,前者具有更高的强度与硬度,原因在于细晶强化和位错强化。因此对于细晶2A97合金,推荐使用510℃×90 min的固溶制度。

2A97 铝锂合金热带海洋大气环境腐蚀行为

将2A97铝锂合金在万宁自然环境试验站进行户外暴露,并采用失重分析、表面及截面形貌观察、电化学、腐蚀产物分析等方法研究2A97铝锂合金在热带海洋大气环境下的腐蚀行为规律及机理。结果表明:2A97铝锂合金的腐蚀速率随时间延长不断降低,暴露2.5 a后平均腐蚀速率约为0.7μm/a。晶粒内部以点蚀为主,晶界出现了明显的晶间腐蚀特征,且沿晶界腐蚀的深度随时间延长不断增加,局部区域出现晶粒脱落的现象,暴露2.5 a后腐蚀深度达到146μm。

2A97H14铝锂合金薄板表面缺陷分析及改善

2A97铝锂合金薄板的表面缺陷一直困扰其在航空领域的应用。采用扫描电镜、能谱分析对2A97H14铝锂合金薄板表面缺陷进行表征。结果表明:表面的微缺陷仅存在于表层位置,不是夹杂物等冶金缺陷,也没有影响到金相组织;去除约0.01 mm厚的表层,可基本消除表面缺陷。

2A97铝锂合金时效行为研究

通过DSC、XRD、TEM、硬度测试和拉伸测试等手段,研究了2A97铝锂合金时效组织和性能变化。结果表明:2A97合金淬火后在165℃时效18h的显微组织以θ″/θ′和δ′相为主,出现了大量分布不均匀T1相。在165℃时效,随时间延长,T1数量密度增加,平均长度减小,δ′数量密度增加,θ′数量密度和长度增加。在165℃时效18h得到较高的强度和塑性。淬火变形后于135℃时效的组织以细小θ″/θ′、T1和δ′为主,T1和θ″/θ′数量明显高于未变形时效组织。淬火变形后于135℃时效36h的强度明显提高,σ0.2,σb和δ5分别为441MPa,519MPa和7.4%。

高强Al-Cu-Li-X铝锂合金2A97三级时效工艺及性能研究

以新型高强A l-Cu-L i-X铝锂合金2A97为研究对象,通过拉伸试验研究两种三级时效工艺及其改型工艺对合金性能的影响。结果表明,含有δ′相二次析出过程的三级时效和含有δ′相回溶过程的三级时效处理合金的强度和塑性达到T6峰值时效水平,三级时效改型工艺由于增加变形使前者合金的强度升高,塑性降低,使后者的强度显著提高。三级时效和单级时效合金的主要显微组织有δ′相、θ″/θ′相和T1相。三级时效改型工艺由于增加变形促进δ′相析出和δ′相回溶,同时变形促进T1相析出,从而改变了主要强化相δ′相和T1相的数量。

时效制度对2A97铝锂合金组织和力学性能的影响

采用硬度测试、拉伸性能测试、DSC分析和透射电镜(TEM)等方法研究不同时效制度对2A97铝锂合金组织和性能的影响。结果表明:采用165℃人工时效时,峰值强度最高,但其塑性也最差,且达到峰值的时间长达60 h;200℃人工时效时,达到峰值的时间缩短为6 h,而其峰值强度和塑性均很差;(200℃,6 h)十(165℃,6 h)双级时效优化后,可获得比200℃峰时效更高的强度,其抗拉强度为545 MPa,只比165℃峰时效强度低11 MPa,伸长率却提高至7.1%,且时效时间比165℃峰时效时缩短了48 h。2A97铝锂合金峰时效状态下的析出相有T_1(A1_2CuLi)相、θ′相和一定量的σ(Al_5Cu_6Mg_2)相。根据不同升温速率下的DSC曲线,采用Kissinger法求得T_1相的析出激活能为75.9 kJ/mol。综合分析可知,采用(200℃,6 h)+(165℃,6 h)双级时效可以得到比单级时效更加优异的综合性能。

时效制度对2A97铝锂合金强韧性的影响

通过拉伸试验及平面应变断裂韧性测试,研究不同时效制度对2A97合金强韧性的影响,并利用透射电镜和扫描电镜对合金的微观组织及断口形貌进行观察。结果表明:2A97合金在135℃单级时效时断裂韧性较好,但强度偏低;双级时效可促进强度的提高,但第二级时效温度过高时(175℃),断裂韧性迅速下降,经过(135℃,36 h)+(150℃,18 h)时效,可得到较好的强韧性匹配,其σb、σ0.2和KIC分别为547 MPa、489 MPa和28.9 MPa.m1/2。2A97合金中的主要强化相为δ′相和T1相。δ′相易共面滑移而引起应力集中,对合金韧性不利;T1相能有效地阻止位错滑移,对合金强度有显著提高。2A97合金在时效初期以穿晶和沿晶混合型断裂为主,断口表现出明显的分层特征,具有较好的韧性;随时效时间的延长,析出相的体积分数、尺寸以及临界分切应力增大,所造成的应力集中更明显,同时晶界平衡相增多,晶界无沉淀带加宽,沿晶断裂比例增多,合金韧性急剧下降。

时效制度对2A97铝锂合金组织和性能的影响

通过拉伸测试和透射电镜分析,研究时效温度和时间对2A97铝锂合金组织和性能的影响。结果表明:经淬火后分别在135℃和155℃时效,随着时效温度升高,2A97合金强度升高,达到峰值强度的时间提前,延伸率降低;随着时效时间延长,合金屈服强度升高,抗拉强度则先升高而后降低,出现峰值强度,延伸率下降;当合金在155℃时效36 h,获得最佳强度和塑性匹配,抗拉强度为500 MPa,屈服强度为413 MPa,延伸率为7%;随着时效温度升高,合金组织中T1(Al2CuLi)相数量增加;135℃的过时效合金显微组织主要为θ′/θ″(Al2Cu)相和δ′(Al3Li)相,155℃的时效合金显微组织主要为T1相、θ′/θ″相和δ′相。

热处理工艺对2A97铝锂合金拉伸性能和腐蚀性能的影响

研究不同热处理工艺对2A97铝锂合金拉伸性能和腐蚀性能的影响。结果表明:合金经热处理工艺C(5%预变形+100℃,1.5 h+5%中间变形+160℃,t)处理后,获得较好的强度与塑性的配比,在峰时效状态下,合金抗拉强度和伸长率分别为597 MPa和7.4%。同时,合金耐晶间腐蚀性能优异,平均晶间腐蚀深度为22μm。在分步变形和双级时效的综合作用下,合金在峰时效晶内获得大量弥散细小的T1相和少量的S′相,晶界处析出相稀少,无沉淀析出带不明显,使2A97合金获得高强度的同时,改善塑性和耐晶间腐蚀性能。

预时效对高强铝锂合金2A97组织和性能的影响

以高强Al-Cu-Li-X铝锂合金2A97为研究对象,采用拉伸试验、TEM和SEM等手段测试分析了带有预时效双级时效合金组织和性能.结果表明:淬火后的双级时效和淬火变形后的双级时效,由于在终时效前增加预时效,使合金塑性提高,但强度略有下降.淬火变形后预时效过程形成的位错环和变形导致的位错有相同的作用,增加基体T1(Al2CuLi)相数量,使T1分布更均匀,淬火变形后双级时效获得T1,θ′和δ′的混合组织,同时预时效减小晶界T1尺寸.淬火后预时效导致的空位团和位错环增加基体δ′和T1形核,但数量有限,预时效有利于促进溶质原子团簇形成,增加δ′(Al3Li)和θ″(Al2Cu)析出相形核,并有利于稳定它们的尺寸,淬火后双级时效获得T1,θ′/θ″和δ′的混合组织,预时效使晶界T1数量减少,晶界δ′无析出带明显变窄.

时效制度对2A97铝锂合金腐蚀行为和微观组织的影响

通过拉伸性能测试、晶间腐蚀(IGC)和剥落腐蚀实验(EXCO)以及透射电镜(TEM)观察,研究时效制度对2A97铝锂合金力学性能、晶间腐蚀行为、剥落腐蚀行为和微观组织的影响。结果表明:135℃/36 h+175℃的双级时效比135℃的单级时效更有利于提高2A97铝锂合金的力学性能和耐腐蚀性能;随着175℃下的第二级时效时间延长,合金的力学性能和耐腐蚀性能显著提高;135℃/36 h+175℃/24 h双级时效时,晶内由大量的T1相和少量的δ′相组成,晶界析出物粗大、断续分布,此时合金具有最优的力学性能和抗腐蚀性能,其抗拉强度为605 MPa,伸长率7.7%,平均晶间腐蚀深度29.3μm,剥蚀等级为EB级。

不同工艺时效后2A97铝锂合金的组织与性能

对2A97铝锂合金进行自然时效(0~90d)、不同温度的单级人工时效(145,165,185℃)和自然时效(T4)+185℃人工时效的双级时效处理,研究了时效工艺对合金硬化曲线、组织和力学性能的影响,并分析了拉伸断口形貌。结果表明:试验合金经自然时效(T4)处理后的主要强化相为δ′、GP区和δ′/β′复合粒子,此时合金的强度较低、塑性较高,拉伸断口上分布着较多韧窝;经不同温度单级人工时效处理后,合金抗拉强度显著提高的同时塑性明显下降,断口形貌呈冰糖状,其中185℃×10h单级时效处理后的强塑性均较好,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为537,506MPa和7.0%;与185℃单级时效的相比,T4(60d)+185℃双级时效后,合金的硬度出现了先下降后上升的现象,并且达到峰值的时间推迟了20h,但强度和塑性均有所提高,断口为沿晶、穿晶约各占一半的混合型断裂,塑性有所改善。

新型高强2A97铝锂合金组织和性能研究

通过室温拉伸、布氏硬度试验和TEM、XRD等手段,研究了新型高强Al-Li-Cu-X合金2A97在淬火变形4%后135℃时效组织和性能的演变。结果表明:2A97合金经淬火变形后在135℃时效,随时效时间增加,抗拉强度和屈服强度先升高后降低,塑性逐渐下降,峰值时效135℃,48h的抗拉强度为577MPa,屈服强度为519MPa,伸长率为6.7%,布氏硬度值先快速升高后缓慢增加。淬火变形后时效的显微组织主要为T1(Al2CuLi)、θ′/θ″(Al2Cu)、δ′(Al3Li)和δ′/β′(Al3Zr)共生相,随时效时间增加,T1相数量和尺寸增加,δ′相数量增加,直径减小。

焊接速度对2A97铝锂合金激光焊接头的影响

在不同焊速下进行了厚度1.4 mm 2A97铝锂合金的光纤激光焊接。通过光学显微镜观察、扫描电镜观察、拉伸试验、显微硬度试验对比了不同焊接速度下2A97激光焊接头宏观形貌、显微组织、热裂纹倾向及力学性能。结果表明:随着焊接速度的增加熔宽先减小,当速度超过一定临界值后熔宽随焊速的进一步增大而略微增大;焊缝晶粒尺寸随焊速的增大而单调减少。焊接速度过小、过大都会使接头成形质量变差。焊接速度小时,咬边严重,焊缝中易形成纵向热裂纹;焊接速度过高时,焊缝中出现横向热裂纹;本文实验条件下,在焊接速度为10m/min时获得了焊缝成形较好的接头,并对其力学性能做了测试。