7075/6009铝合金复合材料热压缩变形的本构方程

采用Gleeble-3500型热模拟机对7075/6009铝合金复合材料在变形温度为300～500℃、应变速率为0.001～1s^(-1)条件下的热压缩变形进行了研究,并得出了本构方程。结果表明:应变速率和变形温度对该复合材料的流变应力有显著影响,流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的提高而增大;可采用Zener-Hollomon参数的双曲正弦函数来描述该复合材料热压缩变形的峰值流变应力;热压缩变形本构方程中的结构因子A、应力水平参数α和应力指数n分别为1.23×10^(11)s^(-1),0.021和6.449,热变形激活能Q为166.89 kJ·mol^(-1)。

半连续铸造制备7075／6009铝合金梯度复合材料

采用双流浇注半连续铸造技术制备了7075/6009铝合金梯度复合材料。分析了合金内层、过渡层、外层的宏观和微观组织形态以及成分分布,并测量了铸件径向的洛氏硬度。结果表明,通过合理控制铸造参数,可以获得具有成分梯度和硬度梯度分布的7075/6009复合材料;梯度复合材料在凝固过程中,内、外合金熔体以紊流复合;过渡复合层的宽度主要受到内、外熔体的浇注温度、节流片孔径大小以及内导管插入结晶器深度的影响。

高温退火对梯度复合7075/6009铝合金过渡区的影响

采用双流浇注连续铸造的方法制备了φ65mm的7075/6009梯度复合铝合金铸锭,分析了高温退火对铸锭的过渡区组织特征的影响。结果表明,不同铸造工艺参数下的复合材料铸锭存在3种典型过渡区特征:窄过渡区(I型)、中过渡区(II型)和宽过渡区(III型);480℃退火24h后,3种复合材料铸锭过渡区的宏观组织和成分分布几乎没有变化,但过渡区的硬度显著降低,平均降幅在20%以上。此外,高温退火有利于消除II型和III型过渡区的硬度波动现象。针对II型和III型过渡区,高温退火后Zn含量在局部出现了明显的均匀化。

纳米TiC复合焊丝和7075铝合金的脉冲TIG焊组织和性能及工艺优化

使用纳米TiC复合(Al-Zn-Mg-Cu)焊丝对7075-T651铝合金板材进行交流脉冲钨极氩弧焊(tungsten inert gas,TIG),以焊缝抗拉强度为响应值,通过正交试验分析优化焊接脉冲电流、脉冲频率和焊接速度3个参数,对不同工艺下的焊缝进行拉伸测试、气孔率分析和微观组织分析。结果表明,在焊接电流过高和焊接速度过低时,容易导致纳米颗粒聚集,氢气泡在颗粒处形核并汇集长大,形成气孔。通过正交试验法探究纳米TiC复合焊丝焊接7075铝合金的最佳工艺为基值电流160 A,脉冲电流180 A,脉冲频率100 Hz,焊接速度3 mm/s。在合适的焊接工艺下,纳米颗粒在基体中的均匀分散,同时可以抑制晶内析出相长大,提高焊接接头性能。

半连续铸造制备7075/6009梯度复合铝合金

采用双流浇注半连续铸造技术制备了7075/6009铝合金梯度复合材料。分析了合金内层、过渡层、外层的宏观和微观组织形态以及成分分布,并测量了铸件径向的洛氏硬度。结果表明:通过合理控制铸造参数,可以获得具有成分和硬度梯度分布的7075/6009复合材料;梯度复合材料在凝固过程中,内、外合金熔体以紊流复合;过渡复合层的宽度主要受到内、外熔体的浇注温度、节流片孔径大小以及内导管插入结晶器深度的影响。

粉末热压法制备Al_(63)Cu_(25)Fe_(12)准晶颗粒/7075复合材料

采用粉末热压的方法制备了(Al63Cu25Fe12)p/A7075复合材料,颗粒均匀分布在复合材料中。准晶面清晰,颗粒内部反应轻微,经过挤压后复合材料的基体组织呈现出一定的流向分布。时效后有T(AlZnMgCu)沿着基体α(Al)晶界析出。与非连续陶瓷增强金属基复合材料相比,(Al63Cu25Fe12)p/A7075复合材料的时效行为有两个显著特点:一是复合材料在时效6小时达到硬度峰值,基体时效12小时达到峰值;二是复合材料的硬化速率和峰值均高于基体材料。

SiC-Al_3Ti协同增强7075铝基复合材料搅拌工艺优化研究

采用液态搅拌铸造法制备Si C-Al_3Ti协同增强7075铝基复合材料。利用OM、XRD、SEM、直读光谱仪和布氏硬度计,通过正交试验分析了搅拌温度、搅拌速度和搅拌时间等对复合材料中Si C和Al_3Ti分布、收得率及复合材料硬度的影响。结果表明,Si C-Al_3Ti协同增强7075铝基复合材料的最佳搅拌温度为800℃,搅拌速度为450 r/min,搅拌时间为20 min。

铝合金/镁合金爆炸复合界面低温退火后的结构演化

对AZ31B/7075爆炸复合材料进行220℃以下低温退火。用Axiover 40 MAT型光学显微镜、Quanta 200型扫描电镜、EDAX能谱仪及INSTRON 3367型力学性能试验机对复合界面结合区进行金相组织观察、成分线扫描以及剪切强度测试,研究复合界面结合区的低温退火演化机制。结果表明:随着加热温度的升高和保温时间的延长,在结合区镁合金发生回复、再结晶和晶粒长大,爆炸形成的绝热剪切带逐渐消失;原清晰的复合界面转变为具有一定厚度的由镁、铝互扩散形成的扩散层,扩散层组织结构由以固溶体为主逐渐转变为以金属间化合物为主,界面剪切断口由韧性断裂转变为脆性断裂;复合界面剪切强度取决于扩散层的组织结构,当扩散层组织以固溶体为主时,适当的加热可产生固溶强化而提高界面剪切强度,当扩散层组织以金属间化合物为主时,将降低界面剪切强度。

内熔体浇口位置对7075／6009合金铸锭成分和内层组织的影响

为了控制梯度复合铸锭横截面上的内层组织分布,通过改变内熔体浇口在结晶器中心线上的不同位置,采用双流浇注半连续铸造技术制备内层合金宽度不同的7075/6009梯度复合铸锭,分析不同内层合金宽度的铸锭横截面上的宏观组织、硬度分布及其微观组织的二次枝晶间距,探讨内熔体浇口位置对双流浇注半连续铸造技术的内熔体形成液穴的影响。结果表明:随着内熔体浇口探入结晶器深度的加大,铸锭横截面的内层合金组织的宽度逐渐加大,洛氏硬度始降点逐渐外移,铸锭横截面的Zn含量始降点也逐渐外移,半径为10mm处的二次枝晶间距逐渐缩小。

内浇包熔体温度对7075/6009梯度合金组织性能的影响

采用双流浇注连续铸造方法制备了直径为65mm的7075/6009梯度复合铝合金铸件。分析了不同内浇包熔体温度对铸件横截面上的微观组织、成分分布和性能变化的影响。结果表明:内浇包熔体温度显著影响7075/6009合金的组织和性能,当内浇包熔体温度从680℃升高到730℃时,外层合金平均厚度减少约4.0%;当内熔体温度从730℃升高到780℃时,外层合金的平均厚度减少了25.0%。在内层合金和外层合金之间存在一个Zn、Cu含量和硬度连续降低的梯度过渡层,过渡层宽度随内层合金熔体温度的升高而增大,但增幅很小。

碳纤维增强热塑性复合材料/铝合金激光搅拌焊接实验及仿真研究

为降低碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)与铝合金进行激光焊接时,激光加热对铝合金造成的焊接缺陷,提升焊接接头的力学性能,将激光搅拌焊接方法引入到铝合金与CFRTP的焊接中。通过与传统的激光直线焊接方法进行对比后发现:在相同的激光功率和焊接速度下,激光搅拌焊接接头的连接强度为传统激光直线焊接的3.25倍;激光搅拌焊接还可以显著减少气孔缺陷,获得较好的焊缝形貌。为进一步研究CFRTP/铝合金激光搅拌焊接的机理,对CFRTP/铝合金激光搅拌焊接温度场进行仿真分析,结果表明:铝合金表面的温度场呈非等幅振荡形式变化,且出现了两个峰值,这是激光搅拌焊接能够降低焊接缺陷的主要原因之一。同时,对铝合金焊缝的熔深、熔宽进行计算,并与测量结果进行对比,仿真结果与实验结果的误差在9.87%以内。

铝合金/碳纤维增强热塑性复合材料的激光对接焊研究

采用激光搅拌焊接对7075铝合金与碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)进行对接焊,分析了焊接工艺参数对接头连接强度的影响规律;对焊接接头的力学性能进行了测试,分析了影响接头强度的因素和接头的失效形式。结果表明:焊接速度对接头强度的影响最大,之后依次为离焦量、激光功率、搅拌振幅、搅拌频率和夹具气压;在最佳参数下得到的接头的连接强度为11.7 MPa,在此情况下接头断裂发生在CFRTP表层,接头的失效形式为CFRTP基体撕裂;测量了焊接时接头处的温度变化规律,温度过高或过低都会降低接头的强度;适当降低焊接速度能延长接头的高温存在时间,增加接头强度。

原位合成TiC/Al(7075)复合材料的组织及力学性能

采用原位合成法制备TiC/Al(7075)复合材料,研究原位TiC颗粒的存在形式、分布状态及不同原位TiC颗粒含量对TiC/Al(7075)复合材料的微观组织及力学性能的影响。结果显示,TiC颗粒多以近球形团聚态存在于7075铝基体中,颗粒团大小约为1μm。当原位TiC颗粒质量分数小于6%时,原位TiC颗粒分布较为均匀,随着颗粒含量的增加,TiC/Al(7075)复合材料的铸态组织由蔷薇状组织逐渐转变为等轴晶组织,晶粒尺寸也随着原位TiC颗粒含量的增加而减小。当原位TiC颗粒的质量分数大于6%时,组织中出现气孔。复合材料的硬度和抗冲击韧性测试表明,TiC/Al(7075)复合材料的硬度随TiC颗粒含量的增加而增加,最高硬度达HB 108,冲击韧性在颗粒质量分数为6%时达到最佳,较基体提升31.55%。

SiC_p/Al-5Mg复合焊丝焊接7075铝合金TIG焊接工艺及接头组织性能分析

采用半固态搅拌超声辅助铸造法结合轧制工艺制备复合材料焊丝,使用该焊丝对7075-T651超硬铝合金进行半自动TIG(tungsten inert gas)焊。以抗拉强度为响应设计值通过正交试验分析法优化焊接电流(I)、频率(f)、坡口角度(α)和气流量(v)4个焊接工艺参数,并对不同工艺参数下的焊接接头进行拉伸性能、显微硬度、显微组织和焊缝成形分析。探究在不同工艺参数的作用下,复合材料对焊接接头性能的影响规律及作用机制。试验结果表明,焊后SiC颗粒(SiCp)部分原位反应生成了稳定的Al4SiC4硬质颗粒;对于焊接接头抗拉强度最佳工艺参数为:焊接电流I=200 A、焊接频率f=中频(M)40 Hz、气流量v=12 L·min^-1和坡口角度α=60°;对于焊后SiC颗粒的存在及分散程度的最佳工艺参数为:焊接电流I=180 A、焊接频率f=低频(L)10 Hz、气流量v=12 L·min^-1和坡口角度α=60°。通过试验结果分析,合适的工艺参数可以保持颗粒的分散和抑制中间相的析出,从而提高焊接接头的综合性能。

Al2O3/7075复合材料的摩擦磨损性能

采用高能超声法制备了Al2O3质量分数分别为0,1. 0%,2. 0%和3. 0%时Al2O3/7075复合材料。利用销盘式磨损试验机,对不同Al2O3含量的Al2O3/7075复合材料在不同负载下（15,30,45和60 N）进行了干滑动摩擦磨损试验。结果表明：Al2O3的加入细化了基体组织;相比于7075铝合金基体,2. 0%Al2O3/7075复合材料的硬度提高了17. 5%。随着负载的增加,复合材料的磨损量和摩擦系数均增加;在相同负载下,复合材料的磨损量和摩擦系数比7075铝合金基体低。相比于基体,在60 N负载下,2. 0%Al2O3/7075复合材料的磨损量降低了80. 5%。60 N负载下,基体合金磨损机制以黏着磨损为主,随着Al2O3含量的增加,复合材料磨损机制向剥层磨损转变。

球磨-转喷微注法制备纳米Al2O3颗粒/Al(7075)复合材料的组织及磨损特性

采用球磨-转喷微注相结合的新工艺制备纳米Al2O3颗粒(Al2O3p)/Al(7075)复合材料,设计一种转喷微注装置,该装置能将连续、微量的纳米Al2O3p注入到Al熔体中。观察纳米Al2O3增强相对Al(7075)基体合金材料微观组织的影响,并测试Al(7075)基体和纳米Al2O3p/Al(7075)复合材料的磨损特性。对纳米Al2O3p/Al(7075)复合材料和Al(7075)基体在不同载荷(15 N、25 N和35 N)下的磨损特性进行对比研究。结果表明:球磨-转喷微注法制备的纳米Al2O3p/Al(7075)复合材料晶粒较小,且增强相在基体中分布均匀且结合良好;随着载荷增大,纳米Al2O3p/Al(7075)复合材料磨损量的上升趋势慢于Al(7075)基体。载荷为35 N时,纳米Al2O3p/Al(7075)复合材料的磨损量较Al(7075)基体少,磨屑尺寸较小,其耐磨性能明显改善,这主要得益于纳米Al2O3p的支撑作用和材料的细晶强化作用。

6061铝颗粒层增强7075铝基复合材料的微观结构及阻尼性能

采用热轧法制备出具有颗粒层状结构的6061p/7075铝基复合材料以改善7075铝合金的阻尼性能。通过OM、SEM、EDS和XRD分析6061p/7075层状铝基复合材料的微观组织,分别采用万能力学试验机和动态热机械分析仪分析其力学性能和阻尼行为。研究表明,6061铝颗粒层存在大量的颗粒间界面和微小孔隙,6061铝颗粒层与7075铝基体之间界面结合良好,没有发生界面反应;6061p/7075层状铝基复合材料最大抗拉强度为370.5 MPa,比7075铝基体提高了30%;6061p/7075层状铝基复合材料和基体材料的内耗值分别随着温度和应变量的升高而增大,复合材料的阻尼性能明显优于7075铝基体,在360℃时,复合材料的内耗值高达0.117,比7075铝基体提高了149%;6061p/7075层状铝基复合材料和基体材料的储能模量分别随着温度和应变量的升高而降低,在30℃时,复合材料的储能模量为38601 MPa,比7075铝基体高16%。

压力烧结制备二氧化钛包覆的石墨烯增强铝基复合材料

使用压力烧结方法制备了石墨烯纳米片(GNP)增强的7075铝基纳米复合材料,提出了一种通过在GNP的表面涂覆二氧化钛(TiO_(2))来优化界面结合的新工艺,并比对了原石墨烯及具有包覆层石墨烯对铝基纳米复合材料的力学性能和微观结构的影响。结果表明,与添加纯GNP相比,添加具有TiO_(2)涂层的GNP的纳米复合材料的力学性能提高。相比于基体,TiO_(2)包覆GNP增强的纳米复合材料的屈服强度、抗拉强度和显微硬度分别增加了38.9%、34.4%和20.1%。性能的进一步改善是由于TiO_(2)涂层优化了增强相与基体之间的界面结合,从而提高了载荷传递的有效性。