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。

宽幅7B50-T7751铝合金厚板不均匀性与疲劳性能研究

采用力学万能试验机、扫描电镜等分析测试手段研究80 mm厚宽幅7B50-T7751板材不同宽度、不同厚度位置的组织与性能均匀性,并与7050-T7451板材疲劳性能进行对比与讨论。结果表明:宽幅7B50-T7751厚板力学性能优异,在L和LT方向上,1/2厚度的拉伸屈服强度分别达到568 MPa和545 MPa,抗拉强度分别达到612 MPa和591 MPa,压缩屈服强度分别达到575 MPa和587 MPa,L-T向与T-L向的断裂韧度达到30.16 MPa·m^(1/2)和26.47 MPa·m^(1/2)。宽幅厚板在不同宽度位置存在一定的各向异性,LT方向上的性能均匀性优于L方向。1/4厚度不同宽度位置性能无明显差异,1/2厚度宽度边缘位置性能优于宽度中心位置。1/4厚度未形成明显强织构,在1/2厚度宽度中心的主要织构为S织构和Brass织构,边缘的主要织构为R织构、S织构和Brass织构。在应力比为0.06时,宽幅7B50-T7751厚板的T-L向抗疲劳裂纹扩展速率性能优于同厚度7050-T7451板材,LT向光滑试样(Kt=1)的疲劳极限低于7050-T7451板材约7.6%,缺口试样(Kt=3)的疲劳极限高于7050-T7451板材约3.7%。

孔挤压强化对超高强7055-T7751厚板组织性能的影响

采用挤压棒直接冷挤压的方法,对比分析了超高强7055-T7751铝合金厚板带孔试样孔挤压前后的疲劳寿命;通过透射电镜观察、扫描电镜观察以及X射线应力分析等方法,研究了7055-T7751厚板带孔试样的疲劳断口形貌特征、微观组织变化以及孔壁表层的残余应力场。结果表明,采用3%~5%的挤压量对7055-T7751厚板进行孔挤压强化可取得较好的疲劳强化效果,试件的疲劳寿命提高了33倍以上;孔挤压后的强化层深度约为7mm,最大残余应力出现在距孔边约0.5mm处,应力值为-554MPa。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。

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。

7055-T7751铝合金预拉伸板内部残余应力分布评估

应用裂纹柔度法测量了7055-T7751铝合金预拉伸板的内部残余应力。结果表明,该板材内部残余应力近似呈外压内拉的"W型曲线"分布,其中,轧制方向最大残余拉应力约为31.3 MPa,最大残余压应力约为-23.7 MPa,宽度方向最大残余拉应力约为7.1 MPa,最大残余压应力约为-12.8 MPa。相比较于其他典型7×××系列铝合金预拉伸板,7055作为目前合金化程度最高、强度也最高的铝合金,在提高性能的同时,内部残余应力也相应提高,导致加工变形较大。

喷丸强化对新型7055-T7751铝合金疲劳性能的影响

对7055-T7751新型铝合金表面进行了陶瓷丸喷丸强化处理,采用X射线衍射仪、表面轮廓仪、扫描电子显微镜、显微硬度计等研究了喷丸强度、喷丸覆盖率等工艺参数对铝合金表面残余应力场、表面粗糙度、表面损伤及表面加工硬化和疲劳性能的影响。结果表明:优化工艺参数下的喷丸强化能够显著提高该铝合金的疲劳性能,并不是喷丸强度或喷丸覆盖率越高强化效果越好,而是存在合理的喷丸强化参数范围,在优化条件下铝合金可以获得良好的综合表面完整性,疲劳断裂抗力最高;确定的优喷丸参数为喷丸强度0.15mm,覆盖率100%,以此参数强化处理的7055-T7751铝合金的疲劳寿命是基材的2.7倍。

7055铝合金厚板的淬透性

通过末端淬火的方法研究7055铝合金厚板的淬透性,采用透射电子显微镜对微观组织进行分析。结果表明:该合金板材的淬透深度可达45 mm,使其淬透的冷却速率需大于230℃/min;随着冷却速率的减小,淬火过程析出平衡相的数量和尺寸增加,时效后析出的η′沉淀强化相的数量减少,晶界无沉淀析出带宽度增加;在所研究的冷却速率范围内,时效后铝合金板材的硬度、晶界无沉淀析出带宽度与冷却速率的对数均呈线性关系。

7050-T7451铝合金厚板局域腐蚀的各向异性(英文)

采用持续浸蚀、慢应变速率拉伸、动态和阳极化测试以及光学和扫描电镜观察等对7050 T7451铝合金厚板局域腐蚀性能的各向异性进行研究。结果表明:7050 T7451铝合金厚板由于存在明显的微观组织各向异性而导致腐蚀性能的各向异性;合金不同截面腐蚀性能的差异是由基体内残余第二相分数的不同而引起的,残余第二相分数越大表面腐蚀越严重;不同方向样品的应力腐蚀敏感性顺序依次为S>L>T方向(慢应变速率拉伸测试结果),晶粒长宽比越小抗应力腐蚀性能越好。

差温轧制对7055铝合金厚板剥落腐蚀性能的影响

采用强制调控轧制过程表层与心部温差的方法,实现了7055铝合金60 mm厚板的差温轧制。对轧制后的板材进行双级固溶处理(390℃0.5 h+470℃1 h)和回归时效处理(185℃0.5 h+125℃22 h);采用剥落腐蚀、金相、SEM、EBSD、透射电镜等方法研究了差温轧制对板材不同厚度层组织与剥落腐蚀性能的影响,并与常规轧制厚板进行对比分析。研究结果表明:与常规轧制相比,差温轧制通过改善板材心、表温差,增大了厚板心部的变形能力,提高了变形均匀性,使厚板再结晶程度、晶粒平均尺寸和大角度晶界占比均有所增加,但其各层耐剥落腐蚀性能有所下降。

7055-T7751铝合金超声喷丸成形数值仿真与试验研究

为探究不同超声喷丸参数对7055-T7751铝合金板件曲率变形、表面形貌以及残余应力分布的影响规律,基于ABAQUS软件建立了三步法有限元仿真模型,简化了超声喷丸成形过程,并通过铝合金试样的超声喷丸成形试验,研究了喷丸时间、真空试验环境等因素对板件成形结果的影响,进一步探究了喷丸处理后试验件表面微观形貌和残余应力的分布情况。实验结果表明,在板件成形过程中,超声喷丸能够在板件内部形成有效的压缩残余应力分布,对表面形貌也具有一定的改善效果。但是,喷丸成形存在一定的饱和喷丸时间,达到饱和喷丸时间之后的成形效果不会发生显著变化。本文提出的数值仿真模型与试验结果为研究航天飞行器壁板超声喷丸成形工艺提供必要的基础支持。

预拉伸变形量对7055铝合金厚板表面残余应力的影响

为了系统性地研究预拉伸变形量对淬火残余应力的消减规律,采用基于cosα法的μ-X360s型X射线残余应力分析仪,表征7055铝合金厚板经不同预拉伸变形量(0%、0.5%、1.2%、1.5%、2.5%、3.3%、3.9%)的表面残余应力水平,并通过基于sin2Ψ法的X射线衍射法和钻孔法验证测试结果。结果表明:7055铝合金厚板经过固溶淬火处理后,残余应力水平较高,轧向分应力略小于横向分应力,在厚板边缘区域残余应力水平波动较大,波动区域大约在距边部27mm的位置。当预拉伸变形量为1.5%时,轧向分应力的明显减小,继续增大拉伸量,残余应力稳定在60~70 MPa;而当预拉伸变形量大约为1.5%时,横向分应力由压应力状态转变为拉应力状态;经超过2.5%的预拉伸变形后,残余应力稳定在20~30 MPa。

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。

振动时效处理对7055-T7751铝合金疲劳性能的影响

对7055-T7751铝合金预拉伸板(预应变为1%~3%)进行振动时效处理,并在不同最大应力(300,350,400,500MPa)下进行疲劳试验,研究了振动时效处理对合金显微组织、显微硬度、表面残余应力和疲劳性能的影响。结果表明:振动时效处理对显微组织和显微硬度的影响很小,振动时效后的组织仍为轧制板材织构取向组织;振动时效处理后,合金中纵向和横向残余拉应力发生明显松弛,且纵向残余应力分布有所均化;振动时效处理明显提高了纵向和横向试样的疲劳性能,在最大应力350MPa条件下,纵向和横向试样的疲劳寿命分别提高了219.0%和29.1%,疲劳极限分别提高了9.9%和5.1%。

2D70-T651铝合金预拉伸厚板生产工艺研究

研究了 2 D70铝合金淬火温度、时效温度等因素对组织、性能的影响 ,确定了 2 D70 -T651厚板的工艺参数。

22mm 6061-T6铝合金板的搅拌摩擦焊接

采用搅拌摩擦焊(FSW)方法对厚度为22mm的6061-T6铝合金板进行单道对接焊实验,并对焊缝的力学性能和微观组织进行了分析。结果表明,用FSW方法焊接22mm厚的6061-T6铝合金板可得到成形美观、内部无缺陷的平板对接接头。在旋转速度为1000r/min、焊接速度为120mm/min时,其焊接接头的σb=205MPa,为母材强度的66%。

铝合金厚板静止轴肩搅拌摩擦焊接头组织及性能

采用8.5 mm厚度2A14-T4铝合金和自主研制搅拌工具进行静止轴肩搅拌摩擦焊(stationary shoulder friction stir welding,SSFSW)实验,探讨焊接工艺参数对接头组织和力学性能的影响规律。结果表明:只有在低转速工艺参数范围内(转速ω=400-600 r/min与焊接速率v=60-120 mm/min)可获得焊缝表面光滑、无缺陷厚板铝合金SSFSW焊接接头。SSFSW焊缝区主要由焊核区(NZ)组成,周围热力影响区(TMAZ)及热影响区(HAZ)宽度明显减小,焊核区与搅拌针形状类似且由两种不同尺寸细小等轴晶构成,前进侧NZ晶粒比后退侧NZ更为细小。接头显微硬度呈“W”状分布,NZ硬度值可达到母材硬度80%-90%,TMAZ与HAZ交界处存在软化区,硬度最低为母材硬度72%左右。在给定ω=500 r/min,v=140 mm/min焊接参数下,SSFSW接头抗拉强度可达到母材的88%,断裂位置多位于后退侧TMAZ与HAZ交界处软化区,具有韧性断裂特征。

不同淬火转移时间处理的7050-T6铝合金剥落腐蚀行为(英文)

采用标准的剥落腐蚀浸蚀实验、剥落腐蚀后样品的强度损失测量以及电化学阻抗谱等技术,对固溶后经不同淬火转移时间处理的7050-T6态样品的剥落腐蚀行为进行研究。结果表明,7050-T6铝合金的抗剥落腐蚀性能随着淬火转移时间的延长而减小。背散射电子扫描连同透射电镜观察揭示,影响合金腐蚀性能的最主要因素是晶界的析出相覆盖率和析出相的微观组织,而晶界附近的贫溶质区对其不产生影响或影响较小。通过对合金进行静电势扫描发现,合金的剥落腐蚀敏感性与瞬态电势之间有很好的对应关系,即可以测试瞬态电势变化的数量来表征材料的剥蚀性能。

2219-T87厚板搅拌摩擦焊沿厚度方向的性能差异

采用搅拌摩擦焊方法对35mm厚的2219-T87高强铝合金进行了单道对接焊。结果表明,焊缝的抗拉强度可达274MPa,且断裂于焊核区。用螺旋形搅棒焊接厚板时,焊接速度较慢,焊核区上部组织因温度较高,同时在螺旋产生的向下泵吸作用下,会产生比较粗大的疏松组织;而焊核区中下部组织则因温度较低,并在螺旋推力作用下形成比较细小的致密组织。焊核区上部的显微硬度存在一个下陷区,而中下部的显微硬度变化较为平缓。焊接厚度过大时,螺旋搅棒的泵吸作用引起焊核区上部组织疏松,并使其显微硬度下陷,是造成厚板搅拌摩擦焊缝强度不高且断裂于焊核区的原因。

《高强高韧型Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材》国家标准解析

本文介绍了《高强高韧型Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材》国家标准的立项背景和关键性能指标的制定依据。本标准与国外标准进行对比分析,并对本标准实施后的社会经济效益进行预测。

7055-T7951铝合金热轧厚板微观组织及非均匀力学行为

对工业级7055-T7951铝合金热轧厚板的合金成分、室温拉伸性能、显微组织以及织构特征等进行了实验分析,对该板材的微观组织状态、力学性能各向异性与织构特征关系进行了详细研究,结果表明:该板材镁元素含量总体处于下限水平,难溶的合金化合物很少,晶内的析出相主要为η′相和少量的η相,材料处于轻微过时效状态。板材存在明显的力学性能各向异性,沿轧制方向及横向的屈服及抗拉强度相近且明显优于与轧制方向呈45°方向上的指标。板材中心层各方位上的强度指标均优于表层对应方位上的指标,并且中心层的力学性能各向异性强于表层。该板材中心层有较为强烈的轧制类织构Brass和S,而表层则是以再结晶织构R为主。基于施密特定律研究了板材不同厚度层不同拉伸方向上平均屈服强度与施密特因子间的定性关系,探讨了织构特征对热轧厚板非均匀力学行为的影响规律。