退火温度对5052/AZ31B爆炸复合板组织与性能的影响

将5052/AZ31B爆炸焊接复合板在300℃、350℃及400℃下进行退火处理,并研究了退火前后复合板的组织和性能。结果表明:退火过程中镁元素易于向铝侧扩散,扩散层主要位于靠近界面的铝侧;随着退火温度的升高,形成的扩散层逐渐变厚;退火前界面处物相组成为Mg基体、Al基体、Mg_(2)Al_(3)和Mg_(17)Al_(12),退火温度为300℃、350℃和400℃时,物相组成不变;当退火温度从300℃提高到400℃时,复合板的抗拉强度逐渐下降,而断面收缩率和断后伸长率逐渐升高;对拉伸断口的分析表明,复合板铝侧为韧性断裂,镁侧为脆性断裂;经300℃、350℃和400℃退火后,复合板界面结合区剪切强度分别为50.88 MPa、33.15 MPa及19.50 MPa,明显低于退火前的剪切强度(98.44 MPa);经300℃、350℃和400℃退火后,复合板硬度分别为158.1HV、146.3HV及152.6HV,明显高于退火前的硬度(129.6HV),且镁侧硬度变化较大。退火后界面结合区的高硬度是由于在扩散层中有硬脆相金属间化合物Mg_(2)Al_(3)和Mg_(17)Al_(12)生成。

AZ31B/5052双金属的压缩热变形行为及热加工图

采用Gleeble-3800热模拟试验机,在变形温度为300~400℃、应变速率为0.05~5 s^(-1)、变形量为30%的条件下对AZ31B/5052双金属进行了单向热压缩试验,研究了其热变形行为,并建立了其本构模型及热加工图。结果表明,在相同的应变速率下,AZ31B/5052双金属的峰值应力随变形温度的升高而降低;在相同的变形温度下,峰值应力随应变速率的增大而增加;使用建立后的本构方程计算的流变应力值与试验的流变应力值有良好的一致性(相关系数r=0.9823和平均相对误差AARE=4.12%),可用于镁/铝双金属热加工过程的数值模拟和工艺参数的确定;根据热加工图和线扫描图谱,确定AZ31B/5052双金属最优的热加工工艺为:变形温度为380~400℃,应变速率为0.05~0.135 s~(-1)。

退火温度对热轧5052/AZ31/5052镁铝复合板组织和性能的影响

对5052/AZ31/5052热轧镁铝复合板进行160℃～340℃的退火处理,研究了退火温度对复合板界面组织、镁合金基体组织和室温力学性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,原光整的复合界面转变为具有一定厚度的扩散层,扩散层的厚度不断增加。退火后,镁合金基体组织孪晶消失,形成等轴的再结晶晶粒,平均晶粒尺寸随退火温度的升高先减小后增大。同时,退火后复合板的屈服强度和抗拉强度有所下降,屈强比降低,断后伸长率明显提高。在200℃下保温60 min后空冷,复合板的综合性能最好。

AZ31B/6061爆炸焊复合板平面应变压缩及轧制变形行为

采用爆炸+轧制工艺可以制备出较薄且表面质量较高的AZ31B/6061复合板,但AZ31B/6061爆炸焊复合板的轧制较难成功。本试验以平面应变热压缩对复合板的热轧进行物理模拟,通过轧前预热、AZ31B镁合金和6061铝合金的热压缩、复合板的平面应变压缩试验研究,选择出了合适的参数,成功地对复合板进行了轧制。结果表明,400℃5 min条件下压缩后的复合板在各压缩率下整体上包覆和"鼓肚"程度均比较小; AZ31B/6061爆炸焊复合板在400℃热轧温度下可以轧制成功,但不同压下率下轧制的复合板出现了不同程度的翘曲,且翘曲程度随着压下率的增加先减小后增大,30%压下率的复合板翘曲程度最小,平直度较高,无边裂,轧件质量良好。这种探究轧制参数的方法对于其他异种材料复合板也具有一定的参考价值。

Sc含量对6061/AZ31B复合板微观组织及性能的影响

以AZ31B作为基板、不同Sc含量(0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%)进行合金化处理的6061液态金属作为浇覆材料,制备固-液铸轧6061/AZ31B复合板。采用光学显微镜、扫描电镜以及XRD分析合金的显微组织和相组成,并对其力学性能进行测试。结果表明,不同Sc含量下的复合板冶金结合界面厚度并未发生明显变化,均为5μm左右,但铝基体的晶粒明显细化。Sc含量为0.2%时,对铝基体晶粒细化效果最好,复合板表现出理想的力学性能,其中抗拉强度和剪切强度分别达到峰值234.841 MPa和70.032 MPa,较未添加Sc的合金分别提高了22.0%和69.3%。

镁铝爆炸复合板界面轧制变形行为的数值模拟

用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA研究了6061Al/AZ31B/6061Al爆炸复合板的界面轧制变形行为。分析了复合板轧制方向和宽度方向的界面节点在不同轧辊转速和相对压下率下最大等效应力和应变的变化规律,并进行了定量比较。模拟结果表明:不同轧制条件下,镁铝复合板界面各节点的最大等效应变值和应力值呈现不同的分布特点。最大轧制力随相对压下率和轧辊转速而变化。在轧辊转速30 r/min、相对压下率20%时,可以获得较好质量的轧制复合板。结果能为镁铝爆炸复合板的轧制工艺提供理论参考。

热压制备5052/AZ31B/5052三层复合板材的微观组织与力学性能

Al/Mg/Al复合板薄壁构件具有轻质、耐腐蚀的特点,是目前利用镁合金实现轻量化的有效手段,然而,在成形过程中Al/Mg界面极易发生开裂失效。采用直接热压法制备5052/AZ31B/5052三层复合板,结合光学显微镜、扫描电镜、能谱分析仪及万能材料实验机等分析测试手段,研究了5052/AZ31B/5052复合板的微观组织和力学性能。实验结果表明:在400℃、20 MPa、保温2 h条件下,可以制备出界面结合良好的复合板,其抗拉强度为233. 0 MPa、伸长率为14. 0%。界面结合处形成不同厚度的Mg17Al12相和Mg2Al3相扩散层,拉伸实验过程中靠近5052铝合金板材的扩散层与基体金属发生开裂。此外,复合板中的AZ31B镁合金板材晶粒尺寸由4. 02μm变为5. 57μm。此研究可为实现5052/AZ31B/5052三层复合板制备与成形一体化奠定理论与工艺基础。

镁/铝爆炸焊接的数值模拟

借助ANSYS/LS-DYNA软件,采用SPH-FEM耦合算法,选取1.3cm厚的AZ31B镁合金、0.5cm厚的5052铝合金和硝铵炸药建立三维数值模型,并计算爆炸焊接窗口。模拟结果表明炸药和复板的质量比与碰撞速度成正比;将模拟速度与Deribas公式计算的复板速度进行对比,模拟与理论计算较为吻合,表明Deribas公式与SPH算法对铝/镁合金爆炸焊接的有效性。基于SPH法建立二维模型,观测界面波形,波形参数与试验基本符合,表明SPH法研究界面波形的可靠性;通过理论计算分析碰撞速度对界面波形影响,碰撞速度水平方向分量与界面波形波长成正比,竖直方向速度与波幅成正比。