激光定向能量沉积Al-Mg-Sc-Zr修复5083-H112铝合金的组织和性能

激光定向能量沉积增材修复技术具有时间短、效率高、成本低、力学性能好等优点,具有很大的发展潜力。采用Al-7.5Mg-0.3Sc-0.28Zr作为修复材料对轨道交通用5083-H112铝合金进行激光修复实验,得到了致密、无缺陷的修复试样,并对其组织和性能进行研究,探讨了激光修复铝合金的可行性。结果表明,熔合线附近过渡区可划分为修复区、部分熔化区、热影响区和母材。修复区为完全等轴晶,由平均晶粒尺寸为4.95μm的细晶带和18.34μm的粗晶区组成。从修复区到部分熔化区再到热影响区的过渡区域,Al元素含量逐渐升高,Mg元素含量逐渐下降,硬度逐渐下降,修复后母材未被软化。由于激光增材制造技术的快速凝固,在熔合线附近的细晶带有较大的应力集中,由于较小的热输入在部分熔化区、热影响区的残余应力较小。修复试样的屈服强度为(152±2)MPa,为母材的89.4%;抗拉强度为(305±5)MPa,为母材抗拉强度的100%;伸长率为(15.5±0.5)%,为母材的85.2%;断裂发生在强度较弱的母材。高性能的激光修复铝合金是可实现的,具有广泛的应用前景。

缺口应力集中对5083-H111铝合金超高周疲劳性能的影响

为正确评价超高周范围内带缺口的5083-H111铝合金疲劳强度的降低程度和疲劳强度对缺口的敏感程度，用20kHz的超声疲劳实验技术分别对漏斗形光滑试件、缺口（2种）试件进行了1065-10^10周次的对称拉压超声疲劳实验，并用扫描电镜分析了疲劳断口形貌．结果表明：在10^10周次内，光滑和缺口试件疲劳曲线分别表现出极限平台型和连续下降型特征，缺口显著降低了5083-H111铝合金的疲劳性能；绝大部分试件疲劳裂纹萌生于表面，断口上没有观察到“鱼眼”形貌特征．理论应力集中系数为1．94的试件疲劳弧线成凹形，理论应力集中系数为2．90的试件裂纹源分布在断口四周；不同的疲劳裂纹萌生机制使得缺口应力集中对疲劳性能的影响规律不同，对于只有一种表面裂纹萌生机制的5083-H111铝合金，超高周范围内疲劳缺口系数和疲劳缺口敏感系数均随着疲劳寿命的增加而增加．

5083-H116铝合金板材工艺研究

通过对完全退火后5083铝合金板材不同冷加工率、稳定化退火温度、稳定化退火保温时间及对板材晶间腐蚀试验、剥落腐蚀试验等系列检测和分析,探讨了冷加工率及稳定化处理工艺对5083合金板材组织、力学性能及腐蚀性能的影响,并根据上述试验优化出5083-H116铝合金板材的生产工艺。

A5083-H111铝合金激光-MIG复合焊接接头组织及性能研究

以4 mm厚A5083-H111铝合金为研究对象,采用光纤激光-MIG复合焊接方法进行焊接,对焊接工艺、组织及其力学性能进行研究。从实验结果看出,激光-MIG复合焊接可以有效地提高A5083-H111铝合金的焊接效率;接头的热影响区比较窄,只有4 mm,而其拉伸强度为273.22 MPa,为母材强度的85.88%,高于MIG焊接接头的抗拉强度。

硝酸含量对5083-H116铝合金板材晶间腐蚀的影响

在不同含量硝酸溶液中对6mm厚5083-H116铝合金板材进行晶间腐蚀试验,通过测量质量损失的方法来衡量其晶间腐蚀敏感性。结果表明:随着硝酸含量降低,5083-H116铝合金板材的晶间腐蚀倾向变大;当硝酸稀释至质量分数为51%时,质量损失已不满足≤15mg/cm2的标准要求。

5083-H321铝合金板材生产工艺研究

通过正交试验法与极差分析法研究了冷变形量、稳定化退火温度、稳定化退火时间对5083铝合金板材力学性能的影响,试验结果表明:在冷变形量为10%~25%、退火温度140℃~200℃、保温时间0.5~3 h范围内,三因素对力学性能的影响主次顺序为:冷变形量 >稳定化退火时间 >稳定化退火温度。3 mm厚5083-H321铝合金优选工艺范围为:变形量20%~25%、退火制度160℃~180℃/2h。进一步研究表明,当冷变形量为20%、退火制度为180℃/2h时,试样可获得最佳的综合性能:抗拉强度为328 MPa、屈服强度为256 MPa、延伸率为16.4%,晶间腐蚀质量损失量为18.7 mg/cm2,腐蚀深度为48 um。

多次补焊对5083-H111铝合金焊接接头组织与性能的影响

通过拉伸、弯曲和硬度等试验以及金相显微组织分析，研究多次补焊对5083- H111铝合金焊接接头组织与性能的影响。结果表明：未补焊和一次补焊~四次补焊时拉伸试件均断于焊缝，接头抗拉强度随补焊次数增加变化不大，并且均满足相关标准要求；未补焊和一次补焊~四次补焊焊接接头均具有良好的弯曲性能；未补焊和一次补焊~四次补焊时熔合线接头各区域硬度值变化不大，均无明显软化现象；接头各个区域的显微组织在补焊前后无明显变化。

船用5083-H321铝合金板生产工艺研究

分析了5083铝合金半连续铸造的铸锭经双级均匀化处理后的组织变化,研究了热轧、冷轧、退火工艺参数对5083-H321铝合金板力学性能、微观组织及耐腐蚀性的影响。结果表明:为满足力学性能要求,热轧和冷轧分别保留了纤维状组织;热轧纤维状变形组织易引起剥落腐蚀倾向,冷轧小压下量条件下压延组织提高了晶界活性,易发生晶间腐蚀;接近250℃的高温回复退火作为脱敏处理方法,在不大幅降低轧制后合金性能的同时可提高合金的耐腐蚀性。6 mm厚的5083-H321铝合金板材生产工艺:260℃热轧终轧温度生产的热轧卷250℃进行脱敏处理;3 mm厚的5083-H321铝合金板材生产工艺:330℃终轧温度生产的5 mm厚热轧卷,经40%加工率冷轧到成品厚度,250℃再进行脱敏处理。

5083-H111铝合金轧制板焊接性能及组织研究

随着铝合金轧制板材的广泛应用,轧制板材的焊接性能也成为关注的热点。通过对焊后试样进行拉伸、弯曲和硬度试验以及显微组织观察试验,研究了铝合金5083-H111(5 mm)轧制板的焊接性能。试验结果表明,确定焊接接头性能良好,满足检验标准要求,且热影响区(HAZ区)不存在明显的软化区,验证5083-H111材质的轧制板材最佳焊接工艺,为生产此类材质产品提供依据。

搅拌针形状对5083铝合金搅拌摩擦焊缝质量的影响

采用两种不同形状的搅拌针对16mm厚的5083-H112铝合金板材进行焊接,一种为圆锥形带螺纹和三面斜坡的搅拌针,另一种为圆柱形带螺旋沟槽搅拌针。结果表明,通过改变搅拌针形状可以改变氧化层的破碎程度,影响"Z"线的严重程度,进而影响焊缝内部质量。

敏化温度对5083-H112双面搅拌摩擦焊接头各区晶间腐蚀性能的影响

本研究对5083-H112铝合金FSW接头进行了不同温度(焊态、100℃、150℃及200℃)的敏化处理,通过硝酸质量损失法(DoS)以及晶间腐蚀性能测试,研究了敏化温度对接头各区晶间腐蚀性能的影响,并结合OM、SEM和TEM等微观组织分析手段,揭示了影响接头各区晶间腐蚀性能的组织原因。研究发现:5083-H112铝合金FSW接头试样的敏化程度随敏化温度的升高呈先升高后降低的趋势,晶间腐蚀程度由高到低排序为150℃>200℃>100℃>焊态。150℃敏化处理后,接头敏化程度最大,晶间腐蚀最严重,搅拌区(NZ)的DoS值高于母材区(BM)和热影响区(HAZ)的DoS值。沿晶分布的β相特征(尺寸、数量及分布特征)是影响接头各区敏化行为和晶间腐蚀倾向性的主要因素。β相在晶界上呈薄膜状连续分布的150℃敏化处理接头的晶间腐蚀倾向性高于β相呈断续分布的200℃敏化接头。此外,各区晶内及晶界上的Al_(6)(MnFeCr)相易作为β相的形核质点,促进接头各区的敏化行为。另外,相比于晶粒尺寸粗大的BM,具有细小等轴晶组织特征的NZ在150℃敏化处理后β相沿晶分布密度较高,晶间腐蚀倾向性较高。

铝合金5083与6061的MIG焊接工艺研究与应用

研究了40mm厚SB-209 5083H112与SB-209 6061T62的MIG焊焊接工艺。通过焊接试验和工艺评定确定了焊接工艺参数,解决了MIG在产品焊接中出现的问题,最终得到了满意的焊接接头。

5083铝合金MIG焊接头微观组织与力学性能

采用熔化极惰性气体保护焊开展了6 mm厚5083-H111铝合金热轧板焊接工艺试验,研究了接头宏观形貌和力学性能随工艺参数的变化规律,分析了不同区域的微观组织和元素分布对接头力学性能的影响。结果表明,采用优化后的工艺参数进行焊接,得到的接头表面成形良好,无明显缺陷。随着送丝速度增加,焊缝宽度随之增加;熔合线附近的热影响区发生完全再结晶,形成了粗大的等轴晶;焊缝边缘沿散热方向形成柱状晶,焊缝中心则为细小的等轴晶组织;Fe和Mn在热影响区偏聚严重,形成Al6(Fe, Mn)相,焊缝中Mg主要分布在晶界处,形成β(Al3Mg2)相。拉伸试验结果表明,接头最大抗拉强度可达307 MPa,约为母材抗拉强度的96%,拉伸后断裂于热影响区,呈韧性断裂;受焊接热输入影响,焊缝和热影响区的硬度低于母材,随着焊接热输入增加,焊缝和热影响区的硬度降低。

5A06铝合金厚板搅拌摩擦焊工艺研究

利用正交试验法研究了搅拌摩擦焊工艺参数对20mm厚的5A06-H112铝合金板接头组织和力学性能的影响。结果表明:焊接速度对接头抗拉强度影响最大,而搅拌头轴肩直径和旋转速度依次减小;采用最优组合参数焊接的试样其抗拉强度可达365MPa;由于搅拌摩擦焊焊缝中前进侧的熔合过渡区的界面变化急剧,因此断裂往往发生在该熔合过渡区;随着退火温度升高,焊核原本细小的等轴晶粒开始长大,并伴随着β(Mg2Al3)相从α(Al)基体中析出,虽然焊核的晶粒变得粗大,但焊缝的抗拉强度降低的幅度较小。

5AO6铝合金MIG焊接工艺研究

采用脉冲MIG焊,通过对焊前准备、焊接方法、焊接材料、焊接规范等方面进行的试验和分析,确定了5A06-H112铝合金板(δ=5 mm)拼焊工艺规范。结果表明,合理的焊接工艺规范能够有效控制焊缝的成形和焊接气孔的产生。

大尺寸铝合金箱型件焊接成形工艺研究

针对采用5A06-H112厚度5 mm铝合金板焊接成型的大尺寸箱式存储运输装置的焊接生产过程,通过对焊前准备、焊接方法、焊接材料、焊接规范、焊接工装、焊后检查以及缺陷补焊等方面进行的试验和分析,确定了5A06-H112铝合金板的拼焊工艺和变形控制方法。结果表明,该工艺过程有效保证了大尺寸铝合金箱型件拼焊的焊接质量,满足了使用要求。

铝合金薄板焊接接头残余应力分析

铝合金型材已经被广泛用作高速列车车体材料,其结构件焊接接头的服役安全可靠性至关重要。残余应力对接头的疲劳寿命影响很大,能够准确、无损、快速对焊接结构的残余应力进行测试。分别采用小孔法及X射线衍射法进行残余应力测试,通过对比分析两种方法测量的焊接接头残余应力的分布及数值,发现小孔法测量数值稍大于X射线衍射法;射线法测得数值波动范围较小孔法大,其主要原因是测量试件表层应力。但两种方法测量结果的总体趋势一致,故采用无损的X射线衍射法测量3 mm5083-H111薄板的MIG焊接头是可行的。

铝合金焊接结构的应力松弛及控制

针对生产现场大尺寸5A06-H112铝合金板箱形件拼焊制造过程中存在应力松弛的问题,对多种焊接工艺方法进行了研究。通过对不同焊接接头的力学性能试验、残余应力测试、焊接金相和硬度测量结果对比显示,铝合金焊接结构的应力变化存在先升后降的变化趋势,而TIG焊由于采用较小的线能量和多层焊,较MIG焊其应力松弛的程度存在差异。结果表明,增加焊后时效时间8～10 d,并采用TIG焊技术将有效减小铝合金焊接结构的应力松弛,使端头下沉减少50%左右,满足了设计图纸的要求。

铝合金与低碳钢的异质搅拌摩擦焊接头组织与性能

采用搅拌摩擦焊方法,并在焊前将Q235低碳钢在150℃预热10 min,成功实现了8 mm厚5083-H112铝合金与Q235低碳钢的搅拌摩擦焊接,并进行了接头显微组织、物相组成、显微硬度分布和力学性能的测试与分析。结果表明,该异质金属接头成形较好,焊缝质量较高,接头抗拉强度达到铝合金母材的81%;接头焊核区由Al相、Fe相和Fe3Al金属间化合物相组成。

均匀快速超塑成形技术在市域车铝合金车头蒙皮上的应用

采用结合热冲压、超塑气胀和正反胀形方法的均匀快速超塑成形技术进行了市域车铝合金车头蒙皮的试制。成形前,通过正交试验得出了5083-H111铝合金在高温下的最佳成形条件。根据零件特征设计了成形模具,并利用数值模拟方法确定了用4 mm厚的5083-H111铝合金板材成形我国首个市域车车头蒙皮件的超塑成形工艺参数,输出了反胀和正胀的压力-时间控制曲线,经试验,最终得到贴模良好、形状精度误差在2 mm之内、最大减薄率为22%、整体壁厚均匀的车头外板件,解决了开模方向型腔深(h≈800 mm)和局部内圆角小(R≈6 mm)的成形难点,满足技术要求,可以进行批产使用。