循环载荷幅值对7075-T7451铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响

在不同幅值循环载荷条件下对7075-T7451铝合金紧凑拉伸(CT)试样进行拉伸疲劳试验,对其疲劳裂纹扩展速率和应力强度因子幅值ΔK进行了研究,并用扫描电子显微镜观测试样的断口形貌。结果表明:随着循环载荷幅值的增大,试样的疲劳寿命缩短,裂纹的扩展速率增大;试样宏观断口形貌的裂纹稳态扩展区域减小,而瞬时断裂区域增大。稳态扩展区主要以疲劳条带扩展机制为主,且疲劳条带间距随循环载荷幅值的增大而增大;瞬断区的断口形貌以韧窝断裂为主,韧窝尺寸随循环载荷幅值的增大而减小。

7075-T6铝合金双面搅拌摩擦焊接头的组织与性能研究

用2.5 mm针长搅拌工具对4 mm厚的7075-T6铝合金轧制薄板进行正、反面各一道次的双面搅拌摩擦焊(DSFSW)试验。研究不同焊接方向对焊接接头的显微组织、硬度、拉伸性能、断裂形貌及弯曲性能的影响。结果表明:焊接接头成形良好,焊核区为均匀细小的等轴晶组织,从焊接接头上表面至下表面焊核区晶粒尺寸先减后增,在焊核重叠区由于受到两次热力-耦合作用,重叠区晶粒较其他NZ更为细小,约为1.5μm。不同焊接方向的接头横截面硬度呈“W”型分布,焊接接头发生软化,硬度最低值出现在热机影响区与热影响区的交界处。因同向焊接接头的焊核区整体晶粒尺寸更细小,使其焊接接头的硬度更优异。拉伸试验中双面搅拌摩擦焊接头抗拉强度最高可达母材的90%。在相同热输入条件下,同向焊接头的抗拉强度明显优于异向焊接头,且断裂方式主要为韧性断裂。在弯曲试验中,双面搅拌摩擦焊接头在面弯与背弯试验时都能承受较大弯曲角度,使焊接接头具备更出色的塑性变形能力。

面向7075-T7451铝合金厚板加工变形控制的变向迭代优化方法

依据毛坯分解为去除材料和成形零件两部分,将初始残余应力分为释放应力和有效应力,利用静力平衡条件和弯曲变形理论建立加工变形分析模型及其有限元求解方法。通过现场加工零件后,经与实验测量结果进行对比分析可知,无论是幅值水平还是变形曲线,加工变形的仿真值均有很好的吻合性,两者仅存在10%左右的幅值误差。利用有限元方法求出相邻2个加工位置的零件变形,依据"变形方向相同则步长相等、变形方向相反则步长递减"原则确定下一个加工位置,提出加工位置的变向迭代优化方法。经与企业实际使用的中间位置法相比,变向迭代优化方法能够使得加工变形减小99.79%。

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。

7075-T6铝合金的放电等离子烧结连接工艺优化

采用放电等离子烧结技术对7075-T6铝合金进行连接,通过单因素法研究了母材表面预处理(400#砂纸打磨、化学浸蚀、400#砂纸打磨+化学浸蚀、2000#砂纸打磨+化学浸蚀)以及升温速率(10,30,50℃·min^(-1))、连接温度(450,470,490,510℃)、连接压力(4.5,5.0,5.5,6.0,7.0MPa)和保温时间(45,60,75,90,120min)对接头连接质量、剪切性能和变薄率的影响,确定了合适的表面预处理工艺以及最优的工艺参数。结果表明:合适的表面预处理工艺为400#砂纸打磨,获得7075-T6铝合金接头的连接质量最好,接头界面未闭合孔洞很少,焊合率最大,为71.7%;随着升温速率的升高,接头的连接质量变差,但其焊合率均高于76%,接头的抗剪强度和变薄率均降低;随着连接温度的升高或连接压力的增加,接头的连接质量变好,接头的焊合率、抗剪强度和变薄率均增大,但当连接压力大于6.0MPa时,焊合率和抗剪强度增加幅度减小,而变薄率大幅增加;随着保温时间的延长,接头的焊合率、抗剪强度和变薄率的变化幅度均较小。400#砂纸打磨后7075-T6铝合金的最优连接工艺为升温速率50℃·min^(-1)、连接压力6.0MPa、连接温度490℃、保温时间45min,此时接头的焊合率为81.3%,抗剪强度为132.9MPa,变薄率为1.91%,剪切断裂方式为韧性断裂。

考虑平均应力影响的7075-T651铝合金疲劳性能研究

研究了平均应力效应对7075-T651铝合金疲劳性能的影响,选取了R=0.5、0.3、0.1和-0.1四组应力比进行疲劳试验。结果表明,同一应力比下,随着峰值应力水平的增加,疲劳寿命逐渐降低;而同一峰值应力水平下,随着应力比的提高,疲劳寿命则呈现出逐渐升高的趋势。同时,使用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)观察疲劳断口形貌发现,在峰值应力相同的情况下,裂纹萌生及扩展区的扇形面积随平均应力的增大而增大。最后,基于7075-T651铝合金疲劳实验结果,提出了一种考虑S-N-R的改进型预测模型,结果对比显示相较于其他模型,此模型在一定程度上对7075-T651铝合金具有更好的疲劳寿命预测效果。

AA7075-T6铝合金电阻点焊工艺参数优化研究

轻量化结构设计在保证了结构强度的前提下降低了整车质量,减少了能量消耗,成为汽车工业和航空航天的研究重点。本工作通过建立正交实验获取AA7075-T6铝合金的最佳焊接工艺参数。对接头进行拉伸剪切实验、金相观察和显微硬度测试,并对最优参数组合进行数值模拟,以研究焊接工艺参数对接头质量的影响。结果表明:当焊接时间为60 ms、焊接电流为17 kA、电极压力为0.22 MPa时,点焊接头的综合力学性能最好;焊接参数对电阻点焊接头力学性能的影响顺序为焊接时间>焊接电流>电极压力。焊接过程数值模拟得到的熔核尺寸与实验结果一致。焊接过程发生飞溅和熔核存在缩孔缺陷,导致接头的力学性能较差,失效模式为界面断裂。由于焊接过程接头显微组织发生变化,接头显微硬度变化呈“W”形。

深冷处理对7075-T6铝合金高速切削亚表层微细观演变及腐蚀机理的影响研究

目的探究切削速度对经深冷处理和未经深冷处理的7075-T6铝合金微观组织演变机理和耐腐性的影响。方法选取经深冷处理(T6-C)和未经深冷处理(T6)的7075-T6铝合金进行切削加工,并在3.5%(质量分数)NaCl溶液中进行电化学腐蚀实验。通过透射电镜(TEM)、HRTEM、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学分析,对微观组织演变、表面形貌和耐腐蚀性能进行研究。结果在相同的切削参数下,相较于T6铝合金,T6-C铝合金表现出更小的晶粒尺寸,铝基体中存在更多的析出相——η相MgZn2,且位错密度以及析出相密度更大,无析出晶界带为断续分布。深冷处理和增大切削速度都显著提高了7075-T6铝合金的耐腐蚀性能,且腐蚀形貌存在显著的龟裂现象。通过电化学分析得知,当切削速度为1500 m/min时,与未深冷处理相比,深冷处理后的7075-T6铝合金的电流密度减小了3.24×10^(-6)A/cm^(2),极化电阻增大了1.68×10^(5)Ω·cm^(2),在该参数下表现出较好的耐腐蚀性能。与此同时,随着切削速度的增大,容抗弧半径呈增大的变化趋势,且相较于T6铝合金,T6-C铝合金具有更大的容抗弧半径。结论深冷处理可以有效细化7075-T6铝合金的晶粒结构,进而强化位错密度,从而显著提升该合金的耐腐蚀性能。

7075-T6铝合金动态力学试验及本构模型研究

分别采用电子万能试验机、高速液压伺服试验机和分离式霍普金森拉杆(SHTB)装置进行了7075-T6铝合金材料在室温下的准静态、中应变率和高应变率动态力学性能试验。获得了该材料不同应变率下的应力-应变曲线,结果显示:7075-T6铝合金具有明显的应变率强化效应;随着应变率的提高,试件断口处颈缩现象越发明显。拟合出了能够反映材料应变硬化效应、应变率强化效应的Johnson-Cook本构方程,对方程中的应变率强化项进行了修正,使拟合结果与试验结果吻合得更好。

7075-T651铝合金疲劳特性研究

在不同的应力幅值下测试了7075-T651铝合金的疲劳寿命,拟合试验数据得到合金S-N曲线,估算疲劳极限为223MPa。用扫描电镜观察高低应力幅值下的疲劳试样断口,结果表明:合金的加工缺陷或粗大夹杂处往往为裂纹源,裂纹扩展伴随着小平面断裂的发生,高应力幅下疲劳裂纹扩展区出现犁沟和轮胎花样,而低应力幅下的疲劳裂纹扩展区中除有大量疲劳条带外,还出现了疲劳台阶和二次裂纹。合金的疲劳瞬断区则存在着撕裂棱与等轴韧窝。弥散分布的微小析出相对合金的疲劳性能有着积极的影响。

己二酸铵对7075-T6铝合金硫酸阳极氧化的影响

研究硫酸电解液中添加己二酸铵对7075-T6铝合金阳极氧化的影响,采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对7075-T6铝合金在不添加和添加己二酸铵的硫酸电解液中制备的阳极氧化膜表面的微观形貌进行分析,采用线性阳极极化研究7075-T6铝合金在两种电解液中的极化行为。利用动电位极化技术和电化学阻抗谱(EIS)研究两种电解液中制备的阳极氧化膜的耐腐蚀性能。结果表明:硫酸电解液中添加己二酸铵可以通过降低电流密度来改善氧化膜的结构,减少氧化膜缺陷,降低微孔孔径,提高阻挡层厚度,从而降低氧化膜的自腐蚀电流密度,提高氧化膜耐腐蚀性能。

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。

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。

7075-T6铝合金温成形损伤演化实验与仿真

基于GTN损伤模型,采用实验与有限元仿真相结合的方式对高强度7075-T6铝合金在温成形HFQ工艺过程中的损伤演化进行研究。通过扫描电镜观测得铝合金板材在变形中的损伤演化符合孔洞长大、形核、聚合和最终断裂的规律;采用中心复合试验设计法构造拉伸曲线关键变量关于GTN损伤参数的响应曲面模型,进而结合遗传算法确定铝合金板材的损伤参数;通过有限元软件ABAQUS仿真预测不同温度下铝合金方盒拉深过程中的损伤分布情况。结果表明:提高成形温度可使得铝合金板材的成形性得到有效改善,实验观测的板材开裂行为和开裂位置与损伤预测结果相一致,证明了GTN损伤模型在铝合金温冲压成形性仿真分析中的适用性。

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。

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。

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%。

超声喷丸强化7075-T651铝合金表面性能研究

采用普通喷丸与超声喷丸两种加工方法对7075-T651铝合金进行处理,分别观察其表面形貌并对其力学性能进行测试。结果表明:超声喷丸处理后材料表面粗糙度值仅为普通喷丸试件的35.5%;两种处理方法对材料均有不同程度的表层硬化作用,超声喷丸处理后试件表面硬化程度略高,其引入的最大压缩残余应力较普通喷丸增大了31.9%。

7075-T6铝合金板温热成形极限图实验

研究7075-T6铝合金板在温热状态下成形性能，采用电化学腐蚀网格法，利用热力耦合条件下的通用板材成形性能实验机和网格应变自动测量分析系统，获得了7075-T6铝合金板在温热状态下（室温--200℃）的成形极限图（FLD）。实验表明，7075-T6铝合金板的成形极限曲线受温度影响显著，并随温度的升高而上升。基于实验数据，建立了不同温度下7075-T6铝合金板成形极限图的计算模型。

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°。