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%。

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-T7651铝合金厚板热处理工艺研究

研究了7075合金淬火温度、转移时间、停放时间、双级时效等因素与组织性能的关系,确定了7075-T7651厚板的生产制度:淬火温度为470℃,转移时间25s内,拉伸量1.5%～2.5%,淬火到时效的间隔时间24h内,双级时效制度为120℃5h+160℃18h,其中二级时效温度是影响板材综合性能的主要因素。

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。

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。

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。

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。

7075铝合金厚板淬火残余应力消除工艺的研究

对 70 75铝合金厚板的预拉伸量与时效工艺制度对其淬火后残余应力大小及变化规律进行了测试与分析 .结果表明 :随着预拉伸量的增加 ,轧向和横向残余应力均由压应力转变为拉应力 ,当预拉伸量为 2 %左右时 ,残余应力降到零 ;随着时效温度的升高和时效时间的延长 ,轧向和横向残余应力均呈下降趋势 .合理的预拉伸量和时效制度是减少 70 75铝合金厚板淬火残余应力有效的工艺措施 .

7075铝合金FSW接头不同板厚的微观组织和腐蚀

搅拌磨擦焊现已广泛用于制造7075高强铝合金航空器,国内外对铝合金搅拌摩擦焊的工艺做了大量的研究。本课题以7075铝合金为研究对象,对其不同厚度的板材组织和在酸性盐雾试验下的腐蚀行为进行了研究。

7075-T6铝合金板材焊接工艺及残余应力试验研究

对7075-T6铝合金板进行MIG焊接工艺试验研究,选择ER5356铝合金焊丝进行低强匹配,发现焊接电流在190 A^210 A时软化区域约4 mm,焊接电流220 A^230 A时软化区域增大至5 mm。为保证焊接接头质量及生产效率,同时结合工程制造实际情况建议焊接电流选择210 A。进一步对焊接电流210 A的试板进行残余应力试验检测,焊缝中心残余应力最大达到378. 1 N/mm2,但高应力区仅存在距中心10 mm区域内,其应力梯度较大,最大值小于7075-T6铝合金板材的屈服强度。采用ANSYS软件进行了焊接残余应力计算,整体应力分布趋势与实测值基本吻合,但计算结果略大,理论计算结果更趋于保守,可供以后的铝合金焊接提供参考。

制备7075铝合金厚板的复合变形模式

提出了一种制备 70 75铝合金厚板的多向锻造后再轧制的复合变形模式。结果发现 ,在 2 50～ 350℃范围内 ,应变率为 0 .1s- 1 的条件下 ,经过多向变形后 (变形系数达 2 1 .5) ,再进行轧制变形 (变形系数达 1 0 .5) ,可使 70 75铝合金获得 2～ 3μm的细晶组织。大变形条件下应变诱导高能位错区的形成及演变成再结晶核心是晶粒细化的组织特征 ;

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。

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%。

试样尺寸对淬火铝合金厚板残余应力的影响

通过测量从淬火铝合金厚板上取出的一定大小的试样以测量原始铝合金厚板的残余应力值作为一种广泛使用的方法,在层削法、裂纹柔度法、X射线衍射法和中子衍射法中均有应用。以层削法为例,针对由于采用不同尺寸的试样而对7075铝合金厚板残余应力测量结果产生的影响进行了仿真分析和实验研究。结果表明,取样的尺寸对铝合金厚板残余应力的测量结果有重要影响。当试样在长宽方向上的尺寸小于2倍的"特征距离"(等于试样的厚度)时,试样将丧失保持原铝合金厚板真实残余应力的能力,测量结果将严重偏离真实值。基于此,在任何针对淬火铝合金厚板的残余应力测量方法中,当需要使用一定大小的试样对原铝合金厚板残余应力进行测量时,都必须保证试样在长宽方向上的尺寸大于2倍的"特征距离"。

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。

两种7050铝合金厚板的组织与性能

对两种61mm厚的7050-T7451铝合金板材进行对比分析,探讨工艺-组织-性能的关系。采用光学显微镜、扫描电镜进行组织观察,并进行室温拉伸、断裂韧性、剥落腐蚀等性能测试,实验表明:两种板材的综合性能均满足AMS 4050H标准的指标要求,但一种板材的强度、断裂韧度略低于另一种相同规格的板材,而剥落腐蚀性能略好。两种产品性能差异的主要原因在于,更系统的工艺控制使板材保持较好的组织均匀性、较小的再结晶比例,仅残留较少的小尺寸且均匀分布的Al7Cu2Fe相,基本无Al2Cu Mg相。

7075-T651厚板产业化时效工艺优化

针对因热处理时效参数选定不一致导致生产时间长短和力学性能波动不一的情况,从7075-T651厚板生产现状分析出发,根据实际生产的需求,通过系统的实验室模拟数据及生产批量性验证,对7075-T651铝合金厚板热处理产业化时效定温定时工艺进行了优化。工业化生产验证结果表明,优化后的时效工艺可在确保常规力学性能合格且余量充足的同时又提高了批量化生产效率,其工艺控制要点为:单级时效热处理,时效定温(125±5)℃,保温时间15 h。

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。

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。