7系高强铝合金力学性能研究现状及发展趋势

高强铝合金材料在土木工程领域具有较为广泛的应用前景,然而关于7系高强铝合金材料尚无系统的研究,限制了其在大跨度空间结构、特种结构、极端环境等复杂工程中的应用。本文对比了几种较为常用的7系铝合金材料力学性能,并详细阐述了高强铝合金材料高温力学性能、构件承载性能以及焊接连接性能等方面的研究进展。从国内研究现状看出,目前已开展较为充分的高强铝合金材料力学性能研究,但是关于7系高强铝合金构件轴压稳定、抗弯、压弯下构件稳定性能的研究尚且不足,搅拌摩擦焊接连接节点受力性能的研究突破对高强铝合金材料的工程应用具有重要意义。本文基于现有研究的不足之处,展望了7系高强铝合金材料与构件性能研究的发展方向,以期推动高强铝合金材料的工程应用。

7×××系超高强铝合金板材各向异性的研究现状

较为系统地介绍了7×××系铝合金的合金化原理、板材各向异性的影响因素及其研究现状。铝合金厚板各向异性及其不同厚度层性能变化的特征成为近年来重要研究方向,指出在厚板的轧制、热处理及微合金化元素等对合金组织、性能均匀性及各向异性的影响规律方面应投入更多力量进行研究,以便解决各向异性的同时,为未来合金开发和工艺升级提供参考。

7×××系铝合金双级双峰时效工艺研究

采用洛氏硬度计、显微硬度测试仪、扫描电镜(SEM)等手段系统地研究了7003、7050和7075铝合金双级双峰时效过程中时效硬化特性和微观组织结构等。结果表明,7×××系铝合金双级时效与单级时效一样存在硬度双峰现象,且第二峰的硬度比第一峰的硬度略高,从而验证了7×××系铝合金双级双峰的普遍性。

几种常用7×××系铝合金成分设计规律分析

高强度7×××系铝合金是航空航天工业的主要结构材料。对常用的五种7×××系铝合金的化学成分、不同厚度的板材以及其对应的力学性能进行了对比分析。通过Thermo-Calc热力学软件计算和试验验证,分析研究了合金中的元素配比、析出相与力学性能以及淬火性能之间的关系。结论是:对于7×××系铝合金,提高合金元素添加量可以获得更多的沉淀析出相,从而提高合金的强化效果;而减少沉淀析出相的总量可以降低7×××系铝合金的淬火敏感性;减少强化效果差的析出相,获得更多有效的强化相,则既有利于提高强化效果又有利于降低7×××系铝合金的淬火敏感性。

解读航空航天7×××系铝合金材料的状态

7×××系铝合金材料是制造大型飞机所用的关键材料,也是变形铝合金中状态代号最多的。详细介绍7×××系铝合金材料的状态代号及其定义,对状态代号适用的合金及产品种类作了举例说明。

我国7×××系高强铝合金及其研究进展

铝合金在大跨空间、桥梁、电力塔架等结构中得到了良好应用。随着现代工程结构日益向大跨、复杂、重载、恶劣环境等方面发展,对铝合金的力学性能提出了新要求,特别是要求结构材料具有更高的强度。从7×××系高强铝合金的工程应用、材料力学性能、构件稳定性能和焊接性能方面阐述了我国高强铝合金的研究进展。关于7×××系高强铝合金材料力学性能的研究较为充分,而对其构件稳定性能的研究尚处于初步阶段;缺乏基于搅拌摩擦焊接连接的铝合金结构受力性能的相关研究。建议了用于构件计算的7A04-T6高强铝合金的设计指标,可为我国铝合金结构技术标准的编制和修订提供参考,以期推动高强铝合金结构的工程应用。

升温时效处理7075铝合金在含SRB模拟海水中的应力腐蚀行为

7系铝合金是一种可热处理强化的铝合金,通过改变热处理工艺的方法可以提高铝合金的抗应力腐蚀性能。本文研究了不同升温时效处理下,铝合金在含硫酸盐还原菌(SRB)模拟海洋溶液中的应力腐蚀行为,并通过应力-应变曲线和断口形貌,对比分析了铝合金在无菌溶液和SRB溶液中的应力腐蚀行为差异。研究表明,升温时效处理可以提高合金的自腐蚀电位,降低腐蚀电流密度和合金的应力腐蚀敏感性。硫酸盐还原菌(SRB)通过代谢促进了合金的腐蚀,改变了合金应力腐蚀开裂的机理,使合金的应力腐蚀开裂主要机理由阳极溶解转变为氢致开裂。

7系铝合金8种元素分析质量控制图的建立与应用

探讨电感耦合等离子体-发射光谱法测定7系铝合金中铬、铜、铁、镁、锰、钛、锌、硅等8项元素的测量过程质量控制图的建立与应用。采用规范的统计学方法对系列测量结果进行正态性与独立性检验、偏倚检验与精密度检验,建立7175铝合金质量控制样品中上述8个元素的测试过程单值控制图和移动极差控制图。通过叠加指数加权移动平均值,提高较小漂移的检出灵敏度,完整、系统地监控了测量系统的质量运行情况。控制图中没有失控点或失控趋势,实验室的测量系统处于过程、偏倚和精密度受控状态。基于Top-down技术和控制图法,评定测量不确定度,7175控制样品的测量结果可表示为:w(Cr)=0.193%±0.009%,w(Cu)=1.212%±0.041%,w(Fe)=0.135%±0.008%,w(Mg)=2.202%±0.064%,w(Mn)=0.033%±0.002%,w(Ti)=0.024%±0.002%,w(Zn)=5.339%±0.145%,w(Si)=0.080%±0.005%,k=2。上述系列控制图适用于实验室基于电感耦合等离子体-发射光谱法测定7系铝合金中铬、铜、铁、镁、锰、钛、锌、硅等8项元素的分析测量系统的持续监控和评价。该工作为冶金分析、物理测试、环境监测等测量系统的过程质量控制图的建立与应用提供具体的参考示例。

7系铝合金在上海轨道交通车辆的应用现状及适用性分析

针对上海轨道交通车辆现有的裂纹情况统计,发现7系铝合金部件为裂纹高发位置。通过研究分析发现,7系铝合金组织结构与成分构成对层状撕裂与应力腐蚀效应的高敏感性导致裂纹的形成。在此基础上,对7系铝合金的适用性进行评价,并提出采用喷丸强化工艺及焊接工艺评定的方式,优化7系铝合金在车体关键位置的使用。

706/705铝合金多层复合材料低速冲击性能及其有限元模拟研究

为了研究7×××铝合金多层复合材料在低速冲击载荷下的性能,进行了摆锤冲击实验,并利用ABAQUS有限元分析软件对复合材料的冲击断裂行为进行了数值模拟。对单一706铝合金和不同706/705铝合金复合比(2. 98、3. 11、4. 69、4. 95、5. 84)的多层复合材料进行摆锤冲击实验。结果表明:706/705铝合金多层复合材料的冲击功较单一706铝合金的提高了89. 03%~140. 13%;单一706铝合金为准解理断裂,多层复合材料为准解理-韧窝混合断裂,多层复合材料完全断裂所需要的时间均长于706铝合金的。有限元模拟和实验条件下冲击功随时间的变化趋势基本一致,所建立的摆锤冲击模型可以用来预测多层铝合金复合材料的冲击行为。

7×××系超高强铝合金在我国轨道交通车辆的研究应用现状与展望

针对新一代轨道交通车辆制造提出的“绿色、安全、高效、智能”的重大应用需求,高比强度、良好韧性和耐蚀性的7×××系超高强铝合金在轨道交通车辆转向架部件具有重要的应用潜力和发展前景。本文回顾了7×××系超高强铝合金在国内轨道交通车辆的研究与应用现状。针对轨道交通车辆领域对7×××系超高强铝合金制造与服役的新需求,重点回顾和对比了两种典型7×××系超高强铝合金(7050和7085合金)的性能特点和研究现状,并展望了7×××系超高强铝合金在复杂条件下高效、安全和长寿命应用与服役亟需研究与解决的关键问题,期望为新一代轨道交通车辆转向架部件的设计、选材、制造、应用提供参考。

大飞机用铝合金的研究现状及展望

简单介绍航空用铝合金的特点及其在大飞机上的应用和发展,重点叙述大飞机常用的2×××系和7×××系铝合金的成分、性能和应用,指出现阶段国内大飞机用铝合金材料存在的问题,预测大飞机用铝合金的发展方向。

基于裂纹柔度法的铝合金预拉伸板内部残余应力测试

采用裂纹柔度法测试残余应力时,柔度函数的计算和插值函数阶数的合理选择对计算结果的精确性有着较大影响。采用有限元法计算得到测试试样的裂纹柔度函数;考虑应力计算不确定度两个主要的来源:应变测量数据的随机误差以及模型误差,基于应力总不确定度的最小化目标,确定最优的插值函数阶数,进而计算得到铝合金预拉伸板7050-T7451内部残余应力的分布规律。结果表明:采用9阶勒让德多项式能较好地拟合此铝合金板材内部残余应力的分布,不确定度的均方根值为2.797 MPa,预拉伸板内部残余应力呈明显的外压内拉的"M型曲线"分布规律。

4004/308/4004铝合金复合板耐腐蚀性能的试验研究

对434复合板芯材3003铝合金的化学成分进行优化,并采用盐雾腐蚀试验、光学显微镜等方法对工业化阶段生产的新型3×××系铝合金复合板与434复合板进行了对比试验。结果表明:434复合板的腐蚀特征表现为点蚀和晶间腐蚀,腐蚀速度较快。新型3×××系铝合金复合板的腐蚀特征表现为点蚀和均匀的层状腐蚀,腐蚀速度较慢,使其在恶劣的使用环境下具有更长的使用寿命。

摆动操作对铝合金焊接接头组织和性能的影响

分别采用摆动焊与不摆动(直线)焊进行了12 mm厚7系铝合金的脉冲熔化极气体保护焊焊接,并对比分析了焊接接头显微组织和力学性能。显微组织分析表明,摆动焊时打底焊道只有少量柱状晶组织,其余均为较粗大的等轴晶组织,而不摆动焊打底焊道几乎全部为柱状晶组织,填充焊道和盖面焊道为较细小的等轴晶组织。力学性能测试结果显示,摆动焊接头抗拉强度、屈服强度均小于不摆动焊接;摆动焊时焊缝显微硬度值波动比不摆动焊大;摆动焊焊缝中心冲击功与不摆动焊差别不大,但热影响区的冲击韧性略高。以上结果是由于摆动焊接中热源沿焊缝方向移动速度慢,母材熔化多,热输入大导致的。

机械装备用6xxx系铝合金在氯盐溶液中的腐蚀行为及其防护

以机械装备用6xxx系铝合金为研究对象,通过测量腐蚀坑数量、深度及开口面积,并分析腐蚀形貌特征,对6xxx系铝合金在氯盐溶液中的腐蚀行为进行了研究。结果表明:在氯盐溶液中浸泡后,6xxx系铝合金表面腐蚀坑数量随浸泡时间的延长而增多,腐蚀坑的最大深度和最小深度相差较大;腐蚀后6xxx系铝合金表面形成带孔洞的疏松结构,腐蚀产物的化学成分以铝和氧为主。对比实验证实了通过化学镀-镍-铜磷合金对6xxx系铝合金进行表面防护是可行的。

塔河油田完井可溶裸眼封隔器的腐蚀溶解过程分析

分析了经过化学镀镍+环氧树脂封闭的7000系铝合金可溶裸眼封隔器在塔河油田完井作业中的腐蚀溶解行为及影响因素,对首次应用的可溶封隔器残片进行了测试和分析。结果表明:完井管柱配置、下入过程中的磨损、井内介质以及高温高压环境是促使其快速腐蚀溶解的主要因素,化学镀镍层对本体有一定的保护作用,但也带来了电偶腐蚀。对7A04铝合金本体以及镀镍铝合金挂片进行了模拟现场工况的测试,得出不同介质中的腐蚀速率,为铝合金本体的服役寿命的预估和镀层厚度的优选提供了依据。

5×××系铝合金热轧中厚板质量改进措施

针对5×××系铝合金生产过程出现的热轧开裂、表面粗糙、起皮、色差等质量问题。通过优化生产工艺,去掉了铣面工序,增加了热脱皮工序,解决了5×××系铝合金中热轧开裂、表面粗糙等质量问题,提高了产品成品率,降低了成本,增加了经济效益。

固溶-时效对7×××系铝合金淬透性的影响

固溶和时效是铝合金热处理中重要的环节,综述介绍了固溶与时效处理对7xxx系铝合金淬透性的影响。结果表明：在固溶过程中影响淬火敏感性的主要因素为第二相的溶解程度与再结晶组织;单级固溶处理中,在保证不过烧的前提下提高固溶温度有利促进第二相溶解,提高合金淬透性;而双级固溶过程中再结晶组织的尺寸、数目会直接影响合金的淬火敏感性;双级时效处理相比单级处理可以形成高密度GP区,并且在随后的过程中能转化成具有强化效果的η＇相,分布更加均匀,减小了合金不同部位性能上的差距;经回归再时效处理后适当减小冷却速度也能有效提高合金性能的均匀性,改善了淬火敏感性。另外,对未来固溶时效制度的发展提出了新的方向。