高强7050-T7451铝合金厚板的疲劳断口特征

对7050-T7451铝合金厚板进行了疲劳试验,并采用光学显微镜、扫描电镜等观察了不同应力幅值下疲劳试样断口,重点分析厚板试样疲劳裂纹萌生区与扩展区的微观特征。结果表明:其疲劳裂纹主要在材料中富铁脆性化合物夹杂处萌生,其位置一般为材料表面或者近表面区,在240MPa应力幅值下,裂纹源距表面距离约为158.64μm,而在340MPa应力幅值下的距离约为120.10μm;裂纹扩展区域出现了二次裂纹、峭壁等微观特征,且疲劳辉纹的间距随应力幅值的增大而增大。

7050T7451铝合金厚板不同位置组织性能的差异

通过拉伸性能、导电率、显微组织、化学成分、剥落腐蚀、显微硬度、织构分析和扫描电镜组织等检测手段,分析了板材厚度为80 mm的7050T7451铝合金不同厚度层以及同一厚度层不同方向的组织性能。结果表明,80 mm厚7050T7451铝合金板材在不同厚度的金相组织和力学性能存在显著的差异,在同一厚度的力学性能具有各向异性,且不同厚度处存在各向异性的差异不同;板材中心的纵向抗拉强度最大,且纵向、横向抗拉强度的差异最大;板材上下表层约6 mm深处的纵向抗拉强度最小,且比横向的抗拉强度要小,出现反常各向异性;板材中心层的合金元素含量最低,导电率及织构强度最高;1/4或3/4厚度处显微硬度最高,剥落腐蚀性能最好。

7050-T7451铝合金铣削参数多指标优化研究

通过Spike切削力测量设备及在线监控系统,采用单因素试验,研究硬质合金刀具铣削7050-T7451铝合金时,主轴转速、铣削宽度、铣削深度、进给速度以及顺、逆铣加工方式分别对刀具所受弯矩、表面粗糙度及功率的影响。运用正交试验法,通过S/N比分析和方差分析,获得7050-T7451铝合金的最优铣削参数。研究表明:顺铣更适用于7050-T7451铝合金的铣削加工;刀具所受弯矩随着主轴转速的增加而逐渐减小,最终趋于平稳,并随着铣削宽度、铣削深度及进给速度的增加而增加;表面粗糙度随主轴转速的增加呈先减小后增加;各铣削参数与加工功率均呈正相关关系;为获得较低加工弯矩和功率、较好表面质量,应取较高的主轴转速、较低的进给速度和铣削宽度,7050-T7451铝合金的最优铣削参数水平为A_(3)B_(1)C_(2)D_(1),即n=6000r/min,a_(e)=3.0mm,a_(p)=1.6mm,v_(f)=1500mm/min。

7050-T7451铝合金预拉伸板材热膨胀系数变化规律及机理

针对平均热膨胀系数(CTE)对航空整体结构件热变形准确预测带来较大误差这一问题,利用热机械分析仪在25～500℃范围内对7050-T7451铝合金热膨胀系数进行准确测量,采用数值拟合方法获得铝合金7050-T7451热膨胀系数随温度升高的非线性变化规律。从铝合金7050-T7451材料的合金成分和金相结构变化角度,揭示铝合金7050-T7451热膨胀系数变化的材料学内在本质;分别采用平均热膨胀系数和准确热膨胀系数模型对工件变形进行预测分析。结果表明,与平均热膨胀系数模型相比,采用准确热膨胀系数模型时热变形最大相对计算误差由17.4%降为9.5%。

7050-T7451铝合金板材疲劳性能的厚度效应

目的 研究不同厚度的7050-T7451铝合金板材疲劳性能表现出的厚度效应。方法 试验件从3种厚度规格(75、150、203mm)板材的不同厚度位置取样,采用成组试验法进行3级应力–疲劳试验。分析试验数据,发现并总结材料疲劳性能随板材厚度及取样厚度位置变化的演化规律。结果 所有厚度规格板材的表面层材料的疲劳性能均为最优,且不同厚度规格板材表面层材料的疲劳性能差异较小。当板材的厚度较薄(75 mm)时,随着取样厚度位置变化,材料的疲劳性能差异较小;当板材的厚度较厚(150、203 mm)时,从表面层到中心层的材料疲劳性能呈非线性变化趋势,先变弱、后增强,疲劳寿命105循环对应的最大应力降低幅度最大为21%左右。随着板材厚度的增加,疲劳性能最差的厚度层材料,疲劳寿命105循环对应的最大应力降低了20%左右。结论 随着板材的厚度增加,7050-T7451铝合金板材疲劳性能的厚度效应变得越来越强,即疲劳性能在厚度方向的不均匀性越来越明显。工程师应在工程设计中考虑7050-T7451铝合金疲劳性能厚度效应对结构疲劳强度的影响。

6063-T5铝合金散热器厚板搅拌摩擦焊工艺研究

为探索大型宽幅翅片散热器铝合金厚板的FSW工艺,采用厚度为20.5 mm的6063-T5铝合金翅片散热器挤压型材作为试验材料,通过静龙门式二维生产型设备进行FSW。焊后利用光学显微镜、显微硬度仪和电子万能拉伸试验机对接头进行了金相分析、显微硬度分析和拉伸、弯曲力学性能测试。试验结果表明,在转速600 r/min,焊接速度140 mm/min的焊接工艺参数下,接头抗拉强度为158.0 MPa,为母材强度的87.7%;焊缝区相比母材有一定程度的硬度降低,接头存在两个明显的硬度软化区,分别是前进侧和后退侧热影响区,最低硬度值约33 HV;接头拉伸断裂方式为韧性断裂,接头弯曲到180°均不发生断裂。证明该FSW工艺可以获得表面成形良好、无宏观缺陷的焊接接头,其显微组织和力学性能测试结果满足工程应用要求。

7050-T7651铝合金厚板显微组织及力学性能不均匀性

采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜和力学拉伸试验机,研究160 mm 7050-T7651铝合金特厚板不同厚度位置的金相组织、晶粒取向、织构类型、时效纳米析出相分布以及力学性能的差异。结果表明:从板材表层到心部,组织中的第二相粒子含量降低,但尺寸增加;板材表层以小角度晶界亚结构组织为主,小角度晶界比例在79%~85%之间,而板材心部小角度晶界的比例为58%左右,相比于板材表层小角度晶界比例降低了26.6%~31.8%;板材表层以{001}<110>剪切织构为主,占比为3.64%,并随厚度增加,变形织构组分含量逐渐增多;板材厚度方向力学性能呈现出沿厚度表层-心部-表层方向先降低后升高的趋势,且力学性能最优位置均为板材表层位置。

7050-T7651铝合金预拉伸厚板生产工艺研究

研究了淬火温度和时效温度等因素对 70 5 0铝合金厚板组织和性能的影响 ,确定了 70 5 0 T76 5 1厚板的工艺参数 ;淬火温度 4 73± 2℃ / 180分钟 ,转移时间小于 2 0S ,淬火后 4h内预拉伸变形量 1 5 %～ 3 0 % ,间隔时间不大于 4 8h ,时效制度 12 1± 2℃ / 5h +174± 2℃ / 15h。

7B50-T7451铝合金板材孔挤压工艺性能研究

采用挤压棒直接冷挤压的方法对7B50-T7451铝合金厚板进行了孔挤压强化,对比分析了其孔挤压前后疲劳寿命;并与第三代高纯7050-T7451铝合金厚板孔挤压强化效果进行对比。通过扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及X射线应力(XRD)等方法,研究了两种合金的疲劳断口形貌特征、微观组织变化以及孔表层的残余应力场。结果表明,采用4%～6%的挤压量对7B50-T7451厚板进行挤压强化可取得较好的疲劳强化效果,试件的疲劳寿命是未挤压强化前的29倍;而7050-T7451铝合金厚板疲劳寿命仅是未挤压强化的5.5倍。孔挤压后,7B50-T7451厚板在强化层产生位错缠结及残余压应力,压应力层深度约为7.3mm,最大残余压应力出现在距孔边约1mm处,应力值为387MPa。强化层内形成的位错胞状结构和残余压应力可有效延缓疲劳裂纹的扩展速率,从而提高试件的疲劳寿命。

多级强化固溶处理对7050铝合金厚板强度和断裂韧性的影响

采用光学金相、示差扫描量热分析、扫描电镜、室温拉伸及断裂韧性实验,研究多级固溶处理对7050铝合金强度和断裂韧性的影响。结果表明:7050铝合金厚板经多级强化固溶后,随最后一级温度的增加,可溶性粗大第二相减少,其强度和断裂韧性增加,当最后一级温度为493℃时,合金的断裂韧性和强度达到峰值,其断裂韧性(KIC)、屈服强度(σ0.2)和抗拉强度(σb)分别为37.4 MPa.m1/2、500.6 MPa和534.0 MPa;当最后一级温度超过493℃时,由于再结晶分数急剧增加、晶粒快速长大,断裂韧性和强度又逐渐降低;当多级固溶最后一级的温度和时间与单级固溶一致时,经多级强化固溶后的7050铝合金具有比单级固溶时更高的断裂韧性和强度。

焊接速度对7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳性能的影响

针对5mm厚航空用铝合金7050-T7451进行了不同焊速时搅拌摩擦焊接头的微观结构和低周疲劳性能的研究。结果表明:接头焊核区面积与焊核区晶粒度都随着焊接速度的增加而减小;转速为400r/min、焊速为40mm/min时,接头具有最好的疲劳性能;搅拌摩擦焊接头的低周疲劳裂纹均在接头底部启裂,沿前进侧热机械影响区与焊核区的过渡区域扩展至断裂。

7050-T7451铝合金低周疲劳平均应力松弛规律

为了研究平均应变对7050-T7451铝合金低周疲劳力学行为的影响,开展了不同应变比(R=-1、-0.06、0.06和0.5)下的室温恒幅低周疲劳试验。结果表明:在对称循环应变下,材料总体表现为循环软化特征;而在非对称循环应变下,材料表现为初始硬化后的循环稳定行为。非对称循环应变导致了材料出现与应变幅相关的平均应力松弛现象。采用Landgraf模型和非线性Maxwell模型分别研究了7050-T7451铝合金的平均应力松弛规律。结果表明:Maxwell模型能够较准确地描述材料的平均应力循环松弛特征,而Landgraf模型更适用于低应变幅下的平均应力松弛描述。

第二级时效工艺对7050铝合金厚板组织及性能的影响

研究了第二级时效工艺对7050铝合金厚板拉伸性能、断裂韧度及电导率的影响,并采用透射电镜及扫描电镜分析其强韧化机理。结果表明:该合金厚板在双级时效的第一级时效条件相同时,随第二级时效温度的升高或时效时间的延长,合金中沉淀相的尺寸和间距增大,合金强度下降,断裂韧度和抗应力腐蚀能力提高,切变和穿晶韧窝混合型断裂方式中的韧窝特征愈加突出,且时效温度对性能的影响较时间明显;在120℃×4 h+165℃×28 h双级时效工艺下合金具有优异的综合性能。

7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头低周疲劳性能研究

对航空用5mm厚铝合金7050-T7451搅拌摩擦焊接头的低周疲劳性能进行了研究。在合适的焊接工艺参数及良好的焊接接头的基础上,进行了焊接接头的低周疲劳实验,得到了低周疲劳寿命表达式和应变-寿命曲线。用扫描电镜观察了疲劳断口的微观形貌并分析了疲劳断裂机理。结果表明:裂纹在接头底部启裂,沿前进侧热机影响区与焊核区的交界处扩展至断裂;试样在高应变下循环硬化和软化现象不明显;较低应变时有循环软化倾向。

差温轧制工艺对7050铝合金厚板组织与性能的影响

通过调控轧制过程轧件表层与心部温差,实现厚度为76 mm的7050铝合金板的差温轧制。采用金相、硬度、室温拉伸、SEM和EBSD等方法研究差温轧制对厚板不同厚度层组织与性能的影响。研究结果表明:与常规轧制厚板相比,差温轧制厚板通过控制心部与表层的屈服强度,提高厚板变形均匀性,使厚板各厚度层难溶相尺寸均匀。但由于差温轧制人为降低板材温度、增大厚板的变形储能,使厚板再结晶程度提高。总体而言,差温轧制可提高7050铝合金厚板的厚向硬度与拉伸性能的均匀性;厚板各层硬度的不均匀性由10.7%下降到3.0%,厚板各层抗拉强度的不均匀性由9.0%降低到0.7%。

7050-T7451铝合金不同结构耳片疲劳裂纹的扩展行为

对7050-T7451铝合金直耳片、对称斜耳片和非对称斜耳片进行了不同方向、不同大小载荷下的疲劳裂纹扩展试验,对比分析了疲劳裂纹扩展曲线和裂纹扩展路径。结果表明:在加载方向和载荷峰值相同时,对称斜耳片的疲劳寿命高于直耳片的,且增大斜切角有利于提高其疲劳寿命;对称斜耳片受纵向疲劳载荷时的疲劳寿命高于受斜向疲劳载荷时的,初始裂纹在斜切角较小侧的非对称斜耳片更容易发生疲劳断裂;随着加载角度的增大,耳片的裂纹扩展方向与载荷方向的夹角逐渐减小;受横向斜载荷的斜耳片,其耳孔内侧首先出现裂纹,其扩展方向与载荷方向的夹角约为45°。

工业化制备7050铝合金厚板显微组织与力学性能

采用OM、TEM观察、室温拉伸试验,研究工业化制备大截面7050铝合金厚板微观显微组织和力学性能.结果表明:板材表层、1/4厚度层和芯部处均存在部分粗大晶粒组织以及晶粒尺寸分布不均匀现象,其中芯部粗大晶粒的尺寸、数量以及晶粒尺寸不均匀程度均高于1/4厚度层和表层;合金时效后晶内的析出相主要为η’相、η相以及少量GPⅡ区,表层晶粒内的析出相密度大于1/4层和芯部,且1/4层和芯部粗棒状的η相含量较高;合金的强度、硬度以及延伸率在厚度方向上呈梯度分布,表层硬度、抗拉强度(σb)、屈服强度(σ0.2)和延伸率(δ)均最高,从表层到芯部,硬度、σb、σ0.2以及δ均逐渐减小.

7050-T7451铝合金铣削加工表面材料特性与本构关系模型的建立

为研究7050-T7451铝合金材料铣削后表面应力应变特征,并建立表面材料本构关系模型,采用SSM-B4000TM型应力应变显微探针测试系统对铝合金7050-T7451材料表面进行自动球压痕(ABI)实验测试,获得载荷-深度曲线,据此估算本构关系模型中应变硬化指数(n)与屈服强度(σy)等未知参数。进而基于有限元建模(FEM)进行压痕过程的有限元仿真分析,研究本构关系模型中参数n与σy的变化对载荷-深度曲线的影响规律,获得仿真载荷-深度曲线与实验曲线误差最小时的参数n与σy应满足的函数关系,验证了基于实验本构关系模型参数的准确性。采用该材料本构关系模型仿真的载荷-深度曲线与实验曲线相比,平均误差为5.2%。

铝合金7050-T7451直角切削表面的残余应力研究

采用单因素直角切削试验,对硬质合金刀具切削铝合金7050-T7451加工过程中形成的已加工表面残余应力进行了研究。使用X射线衍射应力测试技术对残余应力进行测量,得到了不同切削参数对应的残余应力值。通过考虑刃口半径的存在,阐述了已加工表面残余拉应力和压应力的产生机理,同时分析了切削速度、切削深度等参数对残余应力值的影响规律。

热处理前后7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头超高周疲劳行为研究

采用USF-300超声疲劳试验机对焊态和热处理态的7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头进行超高周疲劳试验,通过扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、透射(TEM)等手段对接头微观组织和疲劳断口进行观察,研究焊后热处理(PWHT)对7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头超高周疲劳行为的影响.结果表明:当循环次数为1×10^(9)时,热处理态的疲劳强度比焊态提升了25%,并且随着应力水平的降低提升的幅度越大.焊态接头疲劳试件的失效位置大多位于热影响区,而热处理态试件大部分断裂于搅拌区,试件的断裂位置与疲劳裂纹萌生机制有关.对于焊态接头试件,疲劳裂纹起源于表面粗大第二相处;而对于热处理态接头,搅拌区内部异常长大的晶粒是主要的疲劳裂纹源.热处理后热影响区内部粗化沉淀相含量减少、晶界无析出带的宽度减小,使得热影响区的薄弱属性得到改善,而搅拌区内细小等轴晶的异常长大降低了搅拌区的疲劳强度,这也是焊态和热处理态接头超高周疲劳行为出现差异的主要原因.