AZ31镁合金和7050铝合金ECAP过程的数值模拟研究

利用Abaqus有限元软件分别对AZ31镁合金和7050铝合金进行等通道转角挤压(ECAP)数值模拟研究。利用有限元(FE)模拟得到应力场、应变场及载荷-位移曲线,分析了在不同挤压温度、挤压速度、摩擦条件和不同截面下等通道转角挤压的变形规律。结果表明,挤压温度升高可以降低挤压载荷,这有利于AZ31镁合金挤压,在摩擦较小情况下进行变形有利于降低挤压载荷,提高变形均匀性;在不考虑变形过程中温升效应的情况下,挤压速度对挤压载荷影响较小,当挤压速度提高时,最大等效应变值有所提高;圆形截面比方形截面更适合进行等通道转角挤压。

激光冲击和深冷处理对7050铝合金残余应力和力学性能的影响

研究了不同激光冲击处理后进行深冷处理以及补充低温回火处理对7050铝合金残余应力和力学性能的影响及其规律。结果表明,激光冲击能够显著提高7050铝合金的表面压应力至-260 MPa,而增加深冷-低温回火处理后表面压应力减小约23%。但合理调整激光冲击工艺参数,能够有效弥补深冷-补充低温回火处理对表面压应力的降低,其中,当激光冲击次数为3次时,增加深冷-补充低温回火后表面压应力可达-230 MPa。此外,与单一激光冲击处理相比,激光冲击-深冷-补充低温回火处理后铝合金基体、表面之间的硬度得到均匀化。深冷处理能够促使激光冲击后铝合金试样表面变形加剧,同时晶粒得到进一步细化并且亚晶界增多,使7050铝合金的强度提高。

冷却速率对7050铝合金淬火析出行为的影响

基于末端淬火的高通量实验,结合扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)和扫描透射电子显微镜(STEM)研究了7050铝合金的淬火析出行为。结果表明:随着冷却速率的降低,电导率增加,淬火析出相的种类和形核位置均增加。有利形核析出的位置顺序为大角度晶界、小角度晶界(亚晶界)、再结晶晶内(Al_(3)Zr粒子)、位错和亚晶内(Al_(3)Zr粒子)。淬火析出相的析出顺序为η相、S相、T相和Y相。随冷却速率的降低,η相依次在大角度晶界、小角度晶界、再结晶晶内(Al_(3)Zr粒子)和部分亚晶内析出;当冷却速率低于630℃/min时,S相在亚晶(界)析出,T相在再结晶晶内(Al_(3)Zr粒子)和高位错密度的亚晶(界)处析出;当冷却速率低于164℃/min时,Y相在亚晶的位错处析出,η相和T相也在亚晶内析出。

7050铝合金试样尺寸对淬火后时效应力松弛率的影响

通过有限元仿真和实验验证方法,研究了7050铝合金在4 h和165℃条件下时效过程中不同倍数H形试样的应力松弛行为。结果表明,模拟结果与实验结果吻合性较好,误差在8.81%以内;尺寸效应主要通过几何特征和淬火应力对时效应力松弛率产生影响;在实验范围内,若不考虑初始应力的影响,试样的倍数对时效应力松弛率不构成影响。在实际淬火应力下,A、B、C、D和H点的应力松弛率随试样倍数增大呈对数增加,E、F和G点则在0.44倍试样时出现应力松弛率的极大值,主要原因是试样在0.2~1.5倍区间时淬火应力随试样尺寸发生变化,影响了应力松弛过程;当试样在1.5~5倍区间时,淬火应力趋于稳定,使得时效过程的应力松弛率趋于稳定,尺寸效应减弱。

工艺参数对7050铝合金铣削表面质量的影响

为了探究7050铝合金铣削表面质量的关键影响因素,寻找最优工艺参数,对7050铝合金在浇注冷却条件下进行了正交试验,建立了表面粗糙度与切削深度、主轴转速之间的回归模型,分析了加工过程中刀具-工件相对接触状态不同时所产生的刀痕差异。结果表明:切削深度对表面粗糙度的影响最大,主轴转速其次,进给量的影响最小;刀痕的表现形式与刀具-工件相对接触状态存在直接联系,刀具切入工件位置主要受切削深度的影响产生单向圆弧状刀痕,刀具完全进入铣削工件后则会形成交错的圆弧状刀痕,在刀具离开工件位置主要受进给量影响产生较浅刀痕。

航空用高品质7050铝合金大规格扁锭熔铸技术研究

7050铝合金具有密度低、强度高、热加工性能优异等优点,在航空航天结构件上应用广泛。但在7050铝合金大规格铸锭半连续铸造过程中,存在热裂、成形困难、严重显微疏松和氧化夹杂等问题。本研究开发了大规格扁锭半连续铸造过程中合金熔体冶金质量控制技术,系统考察了精炼工艺、晶粒细化技术对大规格扁锭品质的影响规律,确定了大规格扁锭铸造工艺。结果表明,优化工艺制度能严控熔体内氢和夹杂物含量,采用Al-Ti-C晶粒细化工艺制度将晶粒度控制在1~1.5级,高质量的熔体质量缓解了合金凝固收缩应变,极高比例地解决了扁锭开裂问题。最终,形成了一套适用于大规格7050合金扁锭的熔铸工艺制度。

不同冷速下7050铝合金的晶粒细化研究

采用V型模具、光学显微镜和扫描电镜等研究不同冷速下7050合金的细化机理。结果表明随着冷却速度从1.8℃/s增加到54.3℃/s,7050铝的晶粒度从75.5μm降低至45.6μm;随着冷却速度的增加,第二相中T相(AlZnMgCu)和S相(Al_(2)CuMg)的平均尺寸逐渐减小,其分布更加细小弥散,该两种相可以作为铝晶粒的形核质点,促进7050合金的晶粒细化。

变形温度对多向锻造7050铝合金组织与力学性能的影响

对均匀化后的7050铝合金铸锭进行不同变形温度(390、420、450℃)的多向锻造实验。通过光学显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射、透射电镜和室温拉伸性能测试,研究变形温度对锻造态、固溶态和时效态7050铝合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:多向锻造对合金中粗大的残余结晶相起到一定的消减效果,残余相的面积分数随变形温度升高而降低。多向锻造后,合金芯部基本为粗大的原始晶粒,随变形温度升高动态再结晶程度增大;固溶处理后,随变形温度升高残余结晶相的面积分数降低,亚晶含量增加;时效处理后,随变形温度升高纳米级析出相的含量增加。时效态合金的强度随变形温度升高而提高,变形温度为450℃时,合金综合力学性能最好,其屈服强度为496.7 MPa,抗拉强度为555.1 MPa,伸长率为8.1%。

冷喷涂对7050铝合金FSW接头耐应力腐蚀性能的影响

采用冷喷涂技术在7050铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头表面进行纯Al涂层的制备,研究冷喷涂对FSW接头耐应力腐蚀性能的改善作用,并对其改善因素进行探索。结果表明,冷喷涂后的FSW接头的耐应力腐蚀性能有明显的提高,应力腐蚀断裂时间从24 h内延长至480 h以上,断裂位置也从前进侧热影响区变为焊核区。纯Al涂层沉积厚度约500μm,孔隙率较低,仅0.74%,均匀分布于接头上表面,无氧化和粉末粒子堆积现象,可在海水腐蚀环境中为接头提供较好的物理防护作用,有效改善接头的应力腐蚀敏感性及腐蚀环境对应力腐蚀的促进作用。冷喷涂层对接头产生压应力,可显著降低接头的残余拉应力,减少内外拉应力的交互作用,延缓应力腐蚀开裂速度。

淬火方式对7050铝合金挤压棒材组织和性能的影响研究

以ϕ75 mm7050铝合金棒材为研究对象,分别采用离线和在线方式对试样进行淬火处理,然后进行时效处理。采用OM、SEM、EDS、TEM和电子拉伸试验机分析测试了在线及离线淬火试样的组织和拉伸性能,并对结果进行了比较;对离线及在线淬火试样进行应力腐蚀试验及剥落腐蚀试验,比较了两种淬火方式下试样的耐腐蚀性能。结果表明:在线淬火试样基体中的第二相数量远多于离线淬火试样。离线淬火试样晶内析出相以杆状η′相为主,还存在部分η相。在线淬火试样晶内可见大量纠缠聚集的GP区,存在部分η′相和少量η相。在线淬火试样由于固溶温度低、淬火冷速不足,降低了过饱和固溶体的溶质浓度,进而减少了时效沉淀强化相的数量,导致在线淬火试样的强度降低。在线与离线淬火试样的电导率、应力腐蚀性能和剥落腐蚀性能均符合相关标准要求。双级时效能有效改善铝合金抗应力腐蚀性能及耐剥落腐蚀性能,抗腐蚀性能较峰值时效也具有一定优势。

晶粒细化剂对7050铝合金铸锭晶粒组织的影响

对分别采用AlTi3C0.15和AlTi5B1细化的不同规格7050铝合金铸锭进行低倍组织观察,并利用光学显微镜和金相分析软件对各铸锭不同位置进行显微组织分析和晶粒尺寸测量。结果表明,采用AlTi3C0.15细化的铸锭,其低倍晶粒度明显大于采用AlTi5B1细化的铸锭;采用AlTi3C0.15细化的铸锭,其3/8厚度位置的晶粒尺寸大于1/2厚度位置,采用AlTi5B1细化的铸锭其3/8厚度位置的晶粒尺寸小于1/2厚度位置。

不同成形工艺对7050铝合金壁板试验件拉伸性能的影响研究

为探究采用数控成形、机加+轧压、机加+轧压+去应力退火三种不同成形工艺将7050-T7451铝合金板材呈10°弯曲成形情况下对拉伸性能的影响,通过静力拉伸试验研究了三种情况下7050铝合金板材在沿轧制方向(0°)和垂直于轧制方向(90°)的力学性能差异,并进行了金相观察。试验结果表明,数控成形下得到的型材屈服强度最高,90°方向的流体应力略低于0°方向的流体应力,其最大破坏载荷、抗拉强度和断后伸长率未表现出明显的差异性。三种不同成形工艺下的7050铝合金板材对其晶粒尺寸的影响较小。

喷丸改性对7050铝合金FSW接头性能的影响

对5 mm厚的7050铝合金搅拌摩擦焊接头进行喷丸表面改性处理,并对喷丸前后的接头进行残余应力测量、低周疲劳裂纹扩展试验,研究喷丸改性对焊接接头残余应力分布和焊核区、热影响区疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明,喷丸处理提高了接头表面粗糙程度,但接头表层及近表层产生硬化层,二次喷丸处理后的表层硬度值达198HV。二次喷丸最高硬度值比焊接态高33.1%。喷丸引入的残余压应力随喷丸次数增加而增大,最大压应力值位置也移向板材更深处。焊核区、热影响区疲劳裂纹扩展速率相对焊接态均降低,表明喷丸改性提高了接头两微区抗疲劳断裂的能力。

7050铝合金蠕变本构模型及其泛化能力研究

目的研究7050铝合金在温度为121~163℃、外加载荷为170~250 MPa条件下的蠕变拉伸行为。建立7050铝合金蠕变本构模型,对比本构模型精度并研究其泛化能力。方法采用CTM504-A1高温蠕变持久试验机进行蠕变拉伸实验,基于蠕变曲线及数据处理,分析蠕变温度和外加载荷对蠕变拉伸行为的影响,采用人工神经网络模型和幂律方程构建7050铝合金蠕变本构模型。结果7050铝合金在温度为121~163℃、外加载荷为170~250 MPa时,蠕变速率为4.44×10^(-8)~1.09×10^(-5) s^(−1),蠕变应变和稳态蠕变速率随着温度的升高而增大,在温度为163℃、外加载荷为250 MPa以及温度为177℃、外加载荷为170~250 MPa条件下,出现了蠕变第3阶段的加速蠕变,依据幂律方程构建的本构模型预测值的平均相对误差为2.45%,相关系数为99.02%;人工神经网络本构模型的预测值的平均相对误差为0.96%,相关系数为99.98%。结论在温度为121~149℃、外加载荷为170~250 MPa时,合金具有良好的低温抗蠕变性能。通过验证分析,与幂律方程模型相比,人工神经网络模型的预测精度更高;人工神经网络模型具有较强的泛化能力,在蠕变参数外仍具有很高的预测精度。

7050铝合金的显微组织、腐蚀行为及其调控研究现状与展望

7050铝合金具有高强度、高韧性和优异的抗应力腐蚀开裂性能,已经广泛用于航空飞行器和武器装备制造。本文综述了7050铝合金的显微组织、腐蚀行为及其调控的研究现状,指出已有研究的不足和未来研究的方向,以期进一步提高7050铝合金的综合性能,扩大其应用范围。分析结果表明:在7050铝合金显微组织(包括第二相颗粒、弥散相和时效强化相的类型、尺寸、分布,织构类型)的分析和表征方面已取得丰硕的成果;对晶间腐蚀、应力腐蚀开裂和剥落腐蚀的行为和机理已进行过深入研究,发现显微组织与腐蚀行为紧密相关;进一步对合金进行热处理以调控其显微组织与性能,研究了均匀化、固溶、预应变和多级时效对合金显微组织和耐蚀性能的影响。然而,鲜见将晶体学织构、晶界类型和晶格储能与合金的局部腐蚀行为相关联的工作报道,这值得研究人员密切关注。

等通道转角挤压与后续冷镦成形过程中7050铝合金紧固件的微观组织演变规律

等通道转角挤压(ECAP)与冷镦(CU)新型复合成形工艺对获得超细晶高强紧固件具有重要意义。但是目前其复合成形过程中的微观组织演变规律及其与力学性能的关系尚不明确。本文通过透射电子显微技术、电子背散射衍射以及力学性能测试等方法,发现随着位错的不断积累,材料的强度与复合成形工序呈正相关。同时,在大量位错的作用下,变形后的晶粒尤其是在ECAP-CU复合成形后的晶粒内部产生了超细晶粒。经过复合成形后的超细晶紧固件头部存在较多的高密度位错墙、位错胞以及剪切带,并且在剪切带中形成了层状结构。在复合成形过程中剪切力和塑性应变累积的共同作用下,这些细晶和层状结构发生重新排列,使材料内部产生强的(011)<211>(黄铜)织构。该研究为高强铝合金紧固件的成形制造提供了理论参考,有助于复合成形加工工艺的选择和改进。

双级过时效工艺对7050铝合金力学性能的影响

双级过时效是优化工业化大尺寸7050铝合金锻件综合性能的有效手段。对7050铝合金锻件进行双级过时效处理,研究第二级时效时间对其组织与力学性能的影响。结果表明,随着第二级时效时间的延长,晶界处析出相逐渐粗化,并由连续分布转变为断续分布,合金的硬度、屈服强度和抗拉强度随之降低,伸长率与断裂韧性逐渐升高,并且拉伸及断裂韧性测试样品的断裂模式从沿晶断裂向韧窝型断裂转变。当第二级时效时间延长至一定程度时,合金力学性能趋于平稳。为通过双级过时效工艺调控7050铝合金锻件的综合力学性能提供了研究基础和理论指导。

应力集中系数和应力比对7050铝合金疲劳性能的影响

通过轴向疲劳试验方法可得到S-N曲线,首先,本文研究了不同应力集中系数Kt和应力比R对7050铝合金疲劳性能的影响,然后,应用金相显微镜分析了试样表面的端口形貌。结果表明:在不同应力集中系数、不同应力比下进行试验,能够得到7050铝合金S-N曲线的试验应力选取范围,可为该种材料的轴向疲劳试验应力的选取提供了数据支撑,提升试验人员的试验效率;通过对断口观察可知,随着应力集中系数的增大,裂纹源增多,裂纹扩展区增大,瞬断区减小。。

均匀化退火工艺对7050铝合金组织演变与再结晶影响

研究了均匀化退火工艺对7050铝合金铸态组织演变、Al_(3)Zr弥散相析出及其变形组织再结晶的影响。研究结果表明:均匀化退火过程中缓慢升温时,Zn元素扩散速率明显高于Mg元素和Cu元素,且Zn在铝基体中的固溶度较大,所含的Zn元素扩散回溶到铝基体后,T相(AlZnMgCu相)转变成高熔点的S相(Al_(2)CuMg相);采用低温段缓慢升温替代低温段保温工艺,同样能够促进Al_(3)Zr弥散相的形核析出,对抑制后续变形组织再结晶有同等效果。7050铝合金铸锭的均匀化退火温度可采用470℃+480℃复合均匀化制度,通过合理控温工艺即可促进Al_(3)Zr弥散相的均匀析出,同时有效消除低熔点T相和高熔点S相,该工艺可推广应用至7050铝合金工业化生产,达到提质降本增效作用。

7050铝合金薄壁管挤压工艺

介绍了7050铝合金薄壁管材的规格和质量要求、工艺路线以及主要生产设备。在大量工艺试验基础上,研究探讨了7050铝合金薄壁管材的挤压工艺、热处理工艺及矫直方法。尺寸测量和力学性能结果表明,所加工7050铝合金薄壁管材完全满足用户要求。