CMT电弧增材制造的5356铝合金薄壁件力学性能及其强化机理研究

采用CMT电弧增材制造了5356铝合金单道多层薄壁件,研究了5356铝合金薄壁构件的力学性能。并探讨不同电流情况下不同沉积高度的熔池形貌变化以及组织变化。结果表明,5356铝合金显微组织主要为α(Al)基体与β相,强化机理主要为细晶强化和析出相强化。5356铝合金组织和性能在不同沉积高度有差异。构件底部由于受到热循环更多,晶粒较为粗大,二次相较多且连续分布,而顶部受到热循环较少,晶粒相对细小且二次相主要呈点状析出。随着电流升高,薄壁构件力学性能逐渐降低。

基于CMT+P工艺的5356铝合金微观组织与力学性能

目的研究5356铝合金在冷金属过渡+脉冲(CMT+P)工艺下不同区域的微观组织与力学性能,并分析不同区域的强塑性变化规律,探索微观组织对力学性能的影响,为提高CMT+P工艺下5356铝合金的力学性能提供新思路。方法利用CMT+P工艺在6061铝合金基板上成形5356铝合金试样,通过万能实验机、维氏硬度计、X射线衍射仪、金相显微镜和扫描电子显微镜分析不同区域试样的拉伸性能、维氏硬度、物相分布、微观组织、断口形貌及第二相分布情况。结果堆焊试样沉积层宽度从底部区域到顶部区域逐渐增大,底部区域、中间区域、顶部区域的沉积层宽度依次为1.9、2.3、3 mm。顶部区域由等轴晶组成;中间区域由等轴晶和少量柱状晶组成;底部区域由柱状晶和细小等轴晶组成。平均晶粒尺寸从底部区域到顶部区域逐渐增大,底部区域、中间区域、顶部区域的平均晶粒尺寸依次为57、76、123μm。不同区域的试样均由α-Al基体和β(Al_(3)Mg_(2))相组成,与顶部区域和中间区域相比,底部区域析出相的数量更多且弥散更加均匀。堆焊试样顶部、中间、底部区域的强塑性高于垂直方向的强塑性,而底部区域的强塑性高于中间和顶部区域的强塑性,水平方向与垂直方向均为韧性断裂。底部区域的显微硬度最高(约95HV),顶部区域和中间区域的硬度值稳定在89HV左右。结论CMT+P电弧增材制造过程中的热积累效应是造成不同区域沉积层宽度和显微组织变化的重要原因。与顶部区域和中间区域相比,底部区域的晶粒尺寸最小,析出相数量最多并且弥散均匀。在细晶强化和析出相强化的作用下,底部区域的力学性能高于其他2个区域的。

TIG电弧快速成形5356铝合金零件的研究

使用钨极氩弧焊(TIG)电弧作为热源,对5356铝合金零件的快速成形进行了研究。研究表明,同一层成形时对不同焊道间的冷却时间进行控制可以获得较好的成形效果,而对整个成形件而言不同层之间冷却时间的合理控制对获得良好的成形效果同样起着至关重要的作用。同时还发现在后续焊接中采用不同的焊接速度虽然可以有效的控制热输入量,但是如果焊接速度的差异过大将导致成形过程的稳定性变差。

电磁搅拌对5356铝合金显微组织的影响

采用电磁搅拌技术制备5356铝合金,以期可以改善该合金的内部质量,消除颗粒第二相局部偏聚的现象。通过对电磁搅拌磁场类型、搅拌温度区间和励磁电流大小三个方面初步的探究,试验证明:在螺旋磁场(励磁电流25 A,频率10 Hz)条件下,搅拌至完全凝固状态,该合金的显微组织最佳,呈现第二相分布十分均匀的破碎枝晶状态,平均晶粒尺寸最小,可达147.9μm,相比于无电磁搅拌状态,该指标降低了57.7%。

TIG电弧增材制造5356铝合金微观组织与拉伸性能

针对TIG电弧增材制造5356铝合金试样不同区域微观组织及性能变化开展研究.结果表明,试样结合层与沉积层水平交替呈现,底部区域沉积层宽度最大(~2.4 mm),中间稳定区最小(~1.6 mm);沉积层组织均以等轴晶为主,在灰色基体上弥散分布黑色β-Al3Mg2第二相,并伴有少量Mg2Si和(FeMn)Al6金属间化合物,结合层存在大量气孔及缩孔等缺陷;底部区域沉积层晶粒尺度最小,而结合层缺陷最多.不同区域水平方向强塑性无明显差异(R m=274 MPa,A=32.3%),垂直方向强度与水平方向近似相等,但断后伸长率下降到26%,两个方向拉伸断口均以等轴韧窝为主.3个区域沉积层硬度值稳定,底部沉积层硬度值略高于其余区域,而结合层硬度值波动明显.

5356铝合金熔体复合净化技术研究

本试验采用软接触电磁连续铸造法制备5356铝合金,并通过XRF、OM、SEM-EDS和氢含量测定等分析测试方法,研究了C2Cl6和C2Cl6-TiO2复合熔体净化技术对5356铝合金氢含量的影响。研究结果表明,选用不同成分配比的除气剂:1.00 wt.%C2Cl6和0.85wt.%C2Cl6+0.55 wt.%TiO2(占炉料),均可使5356铝合金电磁连铸铸锭氢含量控制在0.15μg/g,熔体具有较高的洁净度,显微组织中未发现有害的粗大杂质相、明显气孔和其他氧化物夹杂。

激光功率对5356铝合金激光诱导MIG电弧增材制造组织性能的影响

为了改善MIG电弧增材制造5356铝合金的组织及力学性能,将低功率激光与MIG电弧增材制造结合,采用低功率脉冲激光诱导MIG电弧增材制造技术进行了不同激光功率下5356铝合金单道多层墙体成形试验,分析了激光功率对沉积态5356铝合金组织、显微硬度及拉伸性能的影响.结果表明,低功率脉冲激光诱导MIG电弧增材制造成形试样整体冶金结合良好、无明显的未熔合现象.墙体的微观组织主要呈等轴晶状,与单MIG电弧堆积的墙体相比,等轴晶变得细小均匀,显微硬度提高,波动较小.加入激光可以减少Fe元素、Si元素含量和气孔数量,使墙体的力学性能提高,当激光功率为300 W时达到最大值,较单MIG电弧堆积墙体的抗拉强度提高了12.0%.

TIG增材成形5356铝合金温度场数值模拟分析

用Abaqus软件结合单元生死法,建立钨极惰性气体(tungsten inert gas,TIG)增材成形5356铝合金有限元模型,探讨层间冷却时间、增材方向及预热对温度场的影响规律,并通过实测温度验证仿真结果。结果表明:随层间冷却时间递增,第1层表面中点温度循环曲线的峰值与谷值下降;随层数增加,峰值温度先快速下降,后缓慢下降;谷值温度先快速增加,后缓慢增加。往复式增材成形可有效改善同向增材在熄弧端因热量积累导致的成形缺陷,有利于提升表面平整度。在合理温度范围内的基板预热可使温度分布更均匀。

电流方式对5356-TIG增材制造组织性能的影响

采用交流钨极氩弧焊(AC-TIG)方法成形多层单道5356铝合金薄壁件,研究电流方式对堆焊结构显微组织及力学性能的影响。结果表明:无脉冲电流方式成形件结合层组织呈枝晶状,基体存在大量尺寸为50~100μm的气孔和缩孔等缺陷,沉积层由尺寸为100~150μm的粗大等轴晶组成;脉冲电流试样结合层由具有明显择优取向的细小枝晶组成,气孔尺寸减小,沉积层由尺寸为50~100μm的等轴晶组成;两种电流成形试样硬度值变化规律相似,即沉积层硬度值稳定而结合层波动剧烈,脉冲电流成形试样强塑性均高于无脉冲电流,两种试样在拉应力作用下均沿切向以韧性断裂为主,断口呈典型等轴韧窝状。结果表明:采用低频交流脉冲调质堆焊工艺,可获得最佳堆焊结构件,为实际工程应用提供理论依据及技术支撑。

硅对SAl5356铝合金焊丝显微组织和性能的影响

研究了硅对SAl5356焊丝及其焊接的5083铝合金焊缝显微组织及力学性能的影响.结果表明,Si元素含量在0-0.12%时,随着Si元素含量的增加,SAl5356焊丝及其焊接接头强度稍有升高,塑性稍有下降;当Si元素含量高于0.12%时,随着Si元素含量的增加,SAl5356焊丝及其焊缝组织中含硅粗大相增多,焊丝拉伸性能下降,硬度不均匀性加剧,焊接接头强度及弯曲性能变差.特别是当Si元素含量超过0.2%后,合金中含硅粗大相在晶界处富集,与α（Al）基体构成鱼骨状共晶组织,焊丝及其焊接接头力学性能下降更加明显,铝线材的强度比峰值下降了约12%,断后伸长率下降了约45%.因此从提高SAl5356焊丝及其焊缝性能角度考虑,Si元素含量不宜超过0.2%,以控制在0.12%以内最佳.

电弧增材工艺对5356铝合金组织和性能的影响对比研究

为了研究CMT与MIG电弧增材工艺对5356铝合金组织和性能的影响,对两种工艺电弧增材加工后的试样成型形貌、气孔、微观组织和力学性能进行了对比分析。结果表明,采用CMT方式增材的试样表面均匀,而MIG试样边缘出现明显塌陷;两种试样的气孔缺陷主要出现在层间熔合线附近,但MIG试样缺陷数量更多、尺寸更大;两种方式增材的试样组织存在明显区别,MIG试样的柱状晶和熔合线明显,CMT试样的组织为均匀的等轴晶,但CMT试样内部出现明显的偏析现象;MIG试样力学性能各向异性明显而CMT试样呈现出各向同性。

连铸连轧与水平连铸连拉ER5356铝合金焊丝线杆冶金品质对比

文中对比研究了ER5356铝合金焊丝用连铸连轧与水平连铸连拉线杆的外观质量、气体元素与碱金属含量、显微组织与力学性能,并采用2种线杆制备成品焊丝,对比焊接工艺性能、熔敷金属微观组织与力学性能。结果表明,连铸连轧5356铝合金线杆冶金品质优于水平连铸连拉线杆,气体元素与碱金属含量比水平连铸连拉线杆更低,氢、氧含量为水平连铸连拉线杆1/3,气孔、夹渣等缺陷较少,强度与塑性均比水平连铸连拉线杆高;采用连铸连轧线杆制备的焊丝表面质量、焊接工艺性能均优于水平连铸连拉焊丝,焊丝熔敷金属强度与伸长率均优于水平连铸连拉焊丝,水平连铸连拉焊丝焊缝中存在较多气孔。

Fe对ER5356焊丝熔敷金属腐蚀性能影响

选择3.5%NaCl溶液浸泡腐蚀试验方法,采用扫描电镜观察分析腐蚀形貌和Image Pro Plus软件定量统计腐蚀面积率,研究了Fe对ER5356焊丝熔敷金属耐腐蚀性能的影响。结果表明,熔敷金属腐蚀微观形貌呈点蚀特征,点蚀坑在第二相周围萌生,点蚀机理为阳极溶解;随着焊丝中Fe元素含量的增加,熔敷金属点蚀坑面积率呈线性增加。

细晶Al-5356合金在低应变速率下基于高分辨率应变测量的“异常瞬时蠕变”(英文)

极低应变速率下(<10-10s-1)的瞬时蠕变仍然未知。由于应变分辨率低(～10-6),传统的单轴拉伸/压缩等蠕变测试技术并不能满足此蠕变区的测试要求。采用具有高应变分辨率的螺旋弹簧蠕变试验法,研究Al-5356合金在温度范围为0.4Tm^0.8Tm(Tm为熔点的绝对温度)、应变速率小于10-10s-1的瞬时蠕变行为。采用透射电子显微镜研究蠕变微观组织以揭示极低应变速率下的瞬时蠕变机制。实验结果首次显示了一些异常蠕变行为:"高温强化"(T>Tp,Tp为发生相变的温度,Tp=0.58Tm)或"中温弱化"(0.4Tm<T≤Tp)和"双正常型蠕变"(蠕变曲线包含两次加工硬化阶段(T=Tp))。试样经中温(0.58Tm)蠕变后(1×10-4),微观组织中发现有大量等间隔割阶的塞积位错和从晶界发射的弧形位错。当温度高于523K时,β-Al3Mg2相溶解引起固溶Mg量增加,因此,异常蠕变行为可能归因于蠕变过程中相转变引起的固溶强化的差异。

5356铝合金三辊连轧过程的数值模拟

借助Deform 3D软件对5356铝合金进行9道次热连轧数值模拟,研究了不同轧制速度条件下的轧件温度、等效应力和轧制力的分布情况.结果表明:降低轧制速度,塑性变形热对轧件温度的补偿能力减弱,轧件温度随轧制速度的降低呈现下降趋势,且下降幅度增加;提高终轧速度,轧件接触变形区等效应力随轧件温度的增加而逐渐降低;当终轧速度由1.4 m·s^(-1)增至2.6 m·s^(-1)时,轧制力呈下降趋势;当终轧速度由2.6 m·s^(-1)增至2.9 m·s^(-1)时,因塑性变形热对轧件温度的补偿能力较强,偶道次轧制力降低,温度增加为影响偶道次轧制力的主导因素,奇道次轧制力增大,应变率增加为影响奇道次轧制力的主导因素,最优终轧速度为2.6 m·s^(-1).

焊丝用5356铝合金连铸精细成形的研究

由于5356铝合金塑性较差,连铸时易发生"拉断"现象,很难直接连铸出直径不大于12 mm的连铸坯。为实现焊丝用5356连铸坯精细成形,对5356铝合金连铸的实验装置设计、熔体处理以及连铸工艺参数等方面进行了研究,采用三因素三水平正交试验研究了铝合金液温度、连铸速度和氮气充气压力对连铸坯的影响。结果表明:连铸速度是影响连铸坯表面质量的最主要因素。通过正交试验得出了最佳工艺参数为铝合金液温度780℃,连铸速度30mm/min,充气压力0.03MPa。

铸造-挤压法制备ER5356铝合金焊丝

以铁路列车用大型铝合金型材为应用背景,运用铸造-挤压法以及微合金化技术制备了与之配用的ER5356铝合金焊丝。利用OM、TEM、SEM-EDS和TG-DTA等手段,重点研究了微合金化和均匀化后焊丝合金的微观组织及性能。结果表明,添加Cr、Mn、Ti、B等微量合金元素后,晶粒细小,合金强度得到提高;经480℃24 h均匀化处理后,组织得到改善,合金中枝晶偏析基本消除,非平衡凝固形成的多相组织基本上转变成均匀化组织。焊接工艺性试验表明,该焊丝满足自动化M IG使用要求,焊缝性能良好。

Ce对铸态5356铝合金组织性能的影响

为探索稀土元素Ce对5356铝合金组织性能的影响,本文采用气泡浮游法,通过添加不同成分微量的稀土元素Ce精炼制备出含Ce不同含量的5356铝合金,通过显微组织观察、室温拉伸试验、密度测试等方法研究了在5356铝合金基体中添加稀土元素Ce对其组织性能的影响.实验结果表明:合金的力学性能及密度随着Ce添加量的增加而得到改善;稀土元素Ce既能够提高合金的抗拉强度、断后伸长率及硬度等力学性能,又能够提高合金的致密度使得铸锭中的气孔或疏松减少;添加Ce质量分数为0.4%时,其力学性能改善效果最佳,抗拉强度达到245.8 MPa,屈服强度为101.24 MPa,断后伸长率增加至29.05%,其密度也达到最大,相对提高了0.67%.

5356铝合金线材冷压焊界面结合机理研究

采用金相显微镜观察、力学性能检测、XRD测试手段,对5356铝合金线材冷压焊接头进行分析,探讨冷压焊接头界面结合机理。结果表明:5356铝合金冷压焊接头区域整体发生塑性变形流动,近缝区的显微组织随塑性流变呈现平行于焊缝的带状分布;冷压焊界面的结合是靠塑性变形碎化成的细晶间的原子键合力实现连接的,接头部位没有新相生成;冷压焊过程中存在浅层扩散。

5356铝合金半连续铸锭显微组织及力学性能

采用半连续铸造工艺成功制得质量合格的5356铝合金铸锭,并通过金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、力学性能测试等手段,对均匀化退火前后铸锭的显微组织及力学性能进行了分析。结果表明,5356铝合金铸态组织主要由α-Al+β-Al3Mg2+其他杂质相组成;Al3Mg2相除沿晶界呈网状分布外,还会以颗粒状在晶内析出;大块相呈不规则多边形,数量较少,主要化学成分为Al、Mg、Ti、Cr;小块相呈鱼骨状,数量相对较多,主要成分为Al、Mg、Fe、Mn;5356铝合金铸锭经均匀化退火后抗拉强度达到315.9 N/mm2,断后伸长率达到30.7%,比均匀化前分别提高了10.4%和27.4%。