热加工铝5A06材料化学氧化膜的色差控制技术

设计并加工了铝5A06的热处理、氩弧焊以及电子束焊工艺样件。分别对3种样件进行了SEM形貌分析、能谱分析,分析结果表明3种处理方法均在样件表面生成了氧化膜,氩弧焊、电子束焊样件在热影响区、焊缝区形成了第二相。首先采用30%的盐酸去除热处理、氩弧焊以及电子束焊样件表面的氧化膜,然后按照1∶3的比例采用HF酸和HNO_(3)的混合酸对3种样件进行酸侵蚀,最后对其进行化学氧化处理,结果表明3种样件表面的化学氧化膜色泽基本一致。

Sn基活性焊料低温钎焊5A06 Al合金接头的组织及力学性能研究

在电子装联过程中,铝合金基板较差的可焊性限制了其与电子器件间的直接低温钎焊连接。本研究分别采用Sn1Ti0.3Ga活性合金焊料和Ni-10wt%Cu合金骨架强化的Sn1Ti0.3Ga复合焊料在260℃对5A06铝合金进行了低温活性钎焊,研究了焊料成分及钎焊时间对接头显微结构和力学性能的影响。结果表明,合金焊料与复合焊料均能实现Al合金的无钎剂连接;当使用合金焊料时,焊缝中出现了因Al合金表面氧化膜剥离而形成的层状夹杂物,并且合金焊料在Al母材中发生了晶间扩散的现象;当使用复合焊料时,焊缝中形成了絮状的Al_(3)(Ni,Cu)_(2)弥散相,合金骨架表面则形成了(Cu,Ni)_(6)Sn_(5)相,且随着钎焊时间的延长弥散相逐渐被(Cu,Ni)_(6)Sn_(5)相替代。剪切测试结果表明,相较于合金焊料,使用复合焊料可获得更高的接头强度,钎焊30 min时接头强度最高,达到了31.42 MPa。

5A06铝合金棒非真空瞬间液相扩散连接工艺

采用成分为Al-7Si-20Cu-3Mg-3Zn-1Ni-1Ga的自制中间层,对5A06铝合金棒进行非真空瞬间液相扩散连接。借助扫描电镜、X射线衍射、电子探针和万能拉伸机等对不同焊接工艺下的接头微观组织形貌与力学性能进行研究,建立微观组织与断口形貌之间的联系,并讨论不同焊接工艺参数对接头连接过程的影响。结果表明,在焊接温度为550℃,保温时间为20 min时,接头的力学性能最佳,平均抗拉强度达到201 MPa,约为母材强度的72%。随着焊接温度的升高,接头会因过高的焊接温度而氧化,同时在焊接压力的作用下,接头因软化而产生裂纹;随着保温时间的增加,焊缝中心形成少量条块状Al-Mg-Cu三元共晶相及少量SiO_(2),部分SiO_(2)之间发生偏聚导致难以焊合,进而在焊缝中产生裂纹,严重影响接头性能。

5A06-O铝镁合金差温拉深成形性能研究

采用单向热拉伸试验测定了5A06-O铝镁合金在150~275℃温热条件下的流变应力曲线及厚向异性系数;通过差温拉深试验研究了5A06-O铝镁合金在温热条件下的极限拉深能力。结果表明:随着温度的升高,材料在3个方向的厚向异性系数先增大后减小,并在250℃达到最大值;极限拉深比并不随着温度的升高而单调增大,在250℃达到最大值2.588,然而随着温度的继续升高,极限拉深比反而下降;250℃成形的拉深件有着最低的减薄率与增厚率,壁厚分布最为均匀;随着温度的升高,拉深速度对成形性能的影响愈加明显。

5A06-O铝镁合金板材差温拉深凸耳行为研究

采用单向热拉伸试验测定了5A06-O铝镁合金在温热条件下(150~275℃)的流变应力曲线及厚向异性系数,通过扫描电镜对不同温度下单向拉伸试样颈缩断裂处的断口进行形貌观察分析。通过差温拉深试验研究了5A06-O铝镁合金在温热条件下的凸耳形成及演变规律。结果表明,拉深件的凸耳出现在与轧制方向成45°方向处,且平均凸耳率随着成形温度的升高先降低后增大,在250℃差温拉深条件下平均凸耳率最小,这与平面各向异性系数∆r有密切关系;在150、200、275℃,平均凸耳率随拉深比的增大呈现先增大后减小的趋势,而在250℃平均凸耳率随着拉深比的增大而增大;拉深件45°方向的减薄率与增厚率明显低于0°及90°方向,其原因在于该方向有着最大的塑性应变比r;250℃成形的零件三个方向均有着最低的减薄率与增厚率,壁厚分布最为均匀,其原因在于该温度有着最大的平均塑性应变比r。成形速度对5A06-O铝镁合金的成形性能有着显著影响,在室温及温热条件宜采用较快的拉深速度,本试验中5mm/s为最佳,但随着拉深速度的增加,平均凸耳率呈现上升趋势。

5A06铝合金筒体水压校形技术研究

某5A06铝合金筒体折弯件成形精度仅可达到直线度≤1 mm/m,全长≤3 mm的工件精度,不能满足使用要求。通过对水压校形技术的深入研究及分析,采用理论计算、试验及数据分析相结合的方式,完成了水压校形技术的初步研究,有效地对工件的直线度及圆度进行了校形,为类似的工艺提供技术参考。

5A06铝合金TIG丝材-电弧增材制造工艺

选用Φ1.2mm的5A06铝焊丝为成形材料,研究TIG丝材-电弧增材制造工艺。以TIG焊机为电源(交流模式),以四轴联动数控机床为运动机构,研究单层和多层成形时预热温度和电流对成形形貌的影响,观察成形件微观组织,并测试其力学性能。建立了单层单道基板预热温度和电弧峰值电流工艺规范带判据,以保证良好成形。结果表明:成形件的高度从第一层的3.4mm急剧下降,直到第8层后高度稳定在1.7mm。层间组织为细小的树枝晶和等轴晶;层间结合处组织最粗大,为柱状树枝晶;顶部组织最细小,由细小的树枝晶转变为等轴晶。成形件的力学性能各向同性,抗拉强度为295MPa,伸长率为36%。

5A06铝合金及其焊接接头的疲劳断裂行为

对5A06防锈铝合金及其焊接接头疲劳性能断裂行为进行研究,采用疲劳试验、光学显微镜、扫描电子显微镜等手段对5A06铝合金的疲劳性能、金相组织、裂纹扩展特征和疲劳断口进行分析。结果表明:在循环次数为2×106时,铝合金母材、对接接头、横向十字、侧面连接和纵向十字接头的疲劳性能分别为99.97、70.96、57.48、48.20和41.80 MPa;铝合金母材疲劳裂纹起裂于截面最小部位,对接接头和横向十字接头裂纹起裂于焊趾等应力集中部位,裂纹沿着热影响区扩展;侧面连接接头裂纹起裂于两板连接处应力集中部位,纵向十字接头裂纹起裂于热影响区;微观裂纹为沿晶和穿晶混合的扩展特征。对母材及其焊接接头的宏观断口呈暗灰色纤维状,具有一定的塑性;接头的微观断口具有准解理特征,断口中存在球状孔洞、疲劳条纹和韧窝,并存在二次裂纹。

喷射沉积5A06铝合金热压缩变形的流变应力行为

采用Gleeble-1500热模拟机对喷射沉积5A06铝合金进行等温热压缩实验，变形温度为300～500℃，应变速率为5×10^-4～5×10^-1s^-1，最大变形程度为50％。结果表明：喷射沉积5A06铝合金热压缩变形流变应力受变形温度和应变速率的强烈影响，可以用Zener-Hollomon参数的双曲正弦函数形式进行描述。在本研究条件下，喷射沉积5A06铝合金热压缩变形时的热变形激活能Q及应力指数n均随着应变的增加而减小。根据Zener-Hollomon本构方程得出的流变应力拟合值与实测值吻合较好。

5A06铝合金的动态本构关系实验

运用材料试验机和分离式霍普金森压杆装置（SHPB）对3种不同加工及热处理状态的5A06铝合金在常温～500℃、应变率为10^-4～10^3s^-1下的力学行为进行了实验研究。基于Johnson-Cook（JC）本构模型，通过实验数据拟合得到了每种状态下材料的本构模型参量。对Johnson-Cook本构模型中的应变率强化项作了修正，修正后的Johnson-Cook本构模型与实验数据基本吻合，从而确立了3种状态下5A06铝合金的动态本构关系。

5A06铝合金焊接接头裂纹失效分析

针对5A06铝合金焊缝附近出现的裂纹进行了分析。5A06铝合金母材、焊缝及热影响区组织分析结果表明,材料成型后的组织不均匀,并且存在夹杂物,晶内和晶界有析出相出现。采用光学显微镜对裂纹的扩展特征进行分析,结果表明,裂纹在材料边缘夹杂物处启裂,以沿晶的特征进行扩展。采用SEM对断口进行微观和宏观分析,断口中存在二次裂纹,断口为脆性断裂。

电子束焊接5A06铝合金接头Mg元素蒸发烧损行为分析

研究了5A06铝合金电子束焊接后熔池内Mg元素的分布及其对焊缝硬度的影响,并分析了焊接工艺参数对Mg元素烧损行为的影响。结果表明,在接头区域随着熔深的增加,Mg元素含量增加,即烧损程度减小,同时显微硬度增大;随着加速电压和束流的增加,熔深增加,Mg元素烧损率降低;随着焊接速度增加,Mg元素烧损率降低,熔深却减小。为减小Mg元素烧损,在电子束焊时可适当增加焊接的加速电压与束流、加快焊接速度。

5A06铝合金焊接接头性能研究

分别采用手工钨极氩弧焊工艺和搅拌摩擦焊工艺对3mm厚5A06铝合金进行焊接,利用金相显微镜、扫描电镜等分析测试手段,研究不同工艺下的接头组织和性能。结果表明,钨极氩弧焊接头由于热输入量较大生成了粗大的铸态组织,而搅拌摩擦焊接头发生动态再结晶,生成细小的等轴晶粒,导致搅拌摩擦焊接头的抗拉强度和疲劳强度都比钨极氩弧焊接头的高。

5A06铝合金的激光填丝焊接头组织与性能

为了研究5A06铝合金焊接接头的显微组织和力学性能,采用3kW的Nd:YAG激光器填充SAl-Mg5焊丝,对2mm厚的5A06铝合金板进行对接拼焊。焊缝的化学成分基本和基材相同,显微组织在靠近熔合线附近为细小致密的柱状晶,焊缝中心为细小的枝状晶,热影响区宽度为50μm～100μm,晶粒粗化不明显;接头的拉伸强度达到母材的93%以上,延伸率为基材的58%左右;断口位置为热影响区,断裂特性和母材相似,均为韧窝和撕裂棱}昆合型韧性断口。结果表明,在铝合金的激光焊接过程中,填充合适成分焊丝可以消除铝合金激光自熔焊时的凹陷、咬边等宏观缺陷,接头的综合力学性能得到极大改善。

5A06和2A12铝合金在硫酸-己二酸中阳极氧化行为及膜层电化学性能

以5A06和2A12铝合金为研究对象,研究了Al-Mg和Al-Cu合金在硫酸-己二酸中阳极氧化行为及其氧化膜的电化学性能,分析合金相对铝合金阳极氧化膜层结构以及耐蚀性的影响.采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)进行表面形貌观察,采用动电位极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)进行膜层的电化学性能评价.结果表明:2A12铝合金恒电压阳极氧化过程中出现两个电流峰值,这说明含铜相的溶解会影响阳极氧化过程;2A12铝合金膜层孔洞不规整,连通现象严重,含铜相的富集促进了氧气的产生,影响了氧化膜的微观结构;相同浸泡时间下,5A06铝合金氧化膜自腐蚀电位更高,自腐蚀电流更低,具有较高的耐蚀性,这是由于Al-Cu合金的孔隙率要比Al-Mg合金高.

5A06铝合金单层板超高速撞击弹道极限分析

日益增长的空间碎片对在轨航天器的安全运行构成了严重威胁,毫米级空间碎片的防护已成为航天器结构设计必须考虑的问题之一.航天器的蒙皮是抵御空间碎片超高速撞击的最基本防护结构.采用数值仿真并结合试验验证的方法,对5mm厚5A06铝合金单层板承受2A12铝合金球形弹丸正撞击下的弹道极限进行了研究.研究表明,在验证实验速度范围内,数值仿真结果与实验结果吻合良好;使用数值仿真对实验速度以上的区间进行拓展研究,获得了其弹道极限曲线和弹道极限方程;数值仿真和实验结果与已有经验方程对比表明,经验方程与具体材料的弹道极限有较大偏差,因此,应具体问题具体分析.

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。

5A06铝合金力学性能测试及其平板抗水下冲击动态响应分析

通过万能实验机和分离式霍普金森拉杆分别获得了5A06铝合金材料在25℃~250℃范围内的准静态及常温高应变率下的拉伸应力-应变曲线。基于实验结果,对Johnson-Cook本构模型中的温度软化项进行了修改,进而拟合得到了修改后的本构模型参数。利用动力学有限元软件AUTODYN-2D的Euler-Lagrange耦合算法,结合力学性能实验所得到的5A06铝合金本构模型,对水下冲击波作用下5A06铝合金平板的动态响应历程进行了数值仿真,仿真结果与实验结果吻合良好,证明了材料模型及其参数的有效性。进而获得了铝合金平板在水下冲击波作用下的动态响应特性。

深冷处理对5A06铝合金焊接接头组织与性能的影响

针对铝合金在焊接后出现的接头软化问题,采用深冷处理工艺使其强化。采用不同的深冷处理工艺参数对5A06铝合金MIG焊接接头进行了深冷处理,并测试与分析了深冷处理与未深冷处理的焊接接头的力学性能和显微组织。试验结果表明,深冷处理可显著强化焊接接头;经深冷处理后焊接接头焊缝区晶粒得到细化,第二相在基体上析出,呈弥散分布,组织更加致密,接头强度提高,力学性能得到改善。

应力载荷作用下5A06铝合金薄板材料在盐水中腐蚀行为

以铝合金薄板在受载及盐水作用下可能存在的腐蚀加速问题为研究背景,用两点弯曲法探讨1.8mm厚5A06铝合金薄板在50℃的3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为,研究发现施加载荷可以促进铝合金薄板材料的腐蚀。对不同腐蚀时期的裂纹形貌、金相组织以及元素成分等进行分析发现:在盐水环境中应力载荷对材料腐蚀的促进体现在与腐蚀程度成正比的关系,受铝合金材料内固溶强化相的影响,材料阳极区优先溶解,形成点蚀坑;另外,应力载荷会导致铝合金薄板表面氧化膜撕裂,并促使腐蚀裂纹扩展。