喷丸强化覆铝7B04-T7451铝合金的表面完整性及疲劳性能研究

研究了喷丸强化对覆铝7B04-T7451铝合金表面完整性和疲劳性能影响,阐明了覆铝层对喷丸强化效果的影响。采用维氏硬度计、原位纳米测试系统、激光共聚焦显微镜、X射线衍射仪等,分析了喷丸强化后试样的显微硬度、表面轮廓、表面粗糙度及残余应力等的变化。利用疲劳试验机测试喷丸强化试样的疲劳寿命,利用扫描电镜分析疲劳断裂断口的特征。结果表明,喷丸强化覆铝7B04-T7451试样表层硬度从表层向内部逐渐增大,直到基材硬度,表面硬度较原始试样略有提高;覆铝7B04-T7451试样表面发生剧烈的塑性形变,弹丸尺寸较大,表面粗糙度明显增大;喷丸强化引入深度约150μm的残余压应力层,但其残余压应力数值和应力峰值均较小。喷丸强化覆铝7B04-T7451铝合金的疲劳性能没有获得提高,由于表面粗糙度和塑性形变显著增大,使得疲劳裂纹源在覆铝层表面萌生较快,疲劳寿命降低。

7A04-T6铝合金矩管柱抗震性能研究

为研究7A04-T6铝合金矩管柱的抗震性能,在验证有限元模型可行性的基础上,对12根7A04-T6铝合金矩管在低周反复荷载下的加载过程进行模拟。根据模型计算结果分析长细比、轴压比及截面形式对7A04-T6铝合金矩管抗震性能影响,得出随着长细比、轴压比的增大,构件抗震性能变差,与加载方向对应的矩管柱腹板尺寸对其抗震性能起着主导作用。同时提出了可用于预测7A04-T6铝合金矩管抗震性能的骨架曲线模型,并验证了模型的准确性。

激光热处理对T74态7B04铝合金板材性能的影响

为了探究T74态7B04铝合金经过激光热处理后的性能变化,对1.5 mm厚T74态7B04铝合金板材进行了不同温度下的激光热处理,并对激光热处理后的T74态7B04铝合金试件进行了单向拉伸试验和断口形貌观测。试验结果表明:与原始T74态7B04铝合金相比,激光热处理后T74态7B04铝合金断后伸长率显著提高且强度下降较小。当激光热处理功率为884 W,对应热处理温度为540℃时,T74态7B04铝合金试件的断后伸长率提高了110.91%,抗拉强度和屈服强度分别下降了11.48%和5.9%;断口观测结果表明激光热处理后的材料韧窝增多且加深,且激光热处理前后均属于韧性断裂,与单向拉伸试验结果一致,说明激光热处理在有效增强T74态7B04铝合金的塑性的同时,使得合金的强度有所保持。

二级时效温度对7B04-T74铝合金薄板组织及性能的影响

采用光学显微镜、透射电镜组织分析手段和室温拉伸、电导率、剥落腐蚀、疲劳极限性能测试方法,研究了二级时效温度对7B04-T74合金2 mm厚薄板组织与性能的影响。结果表明:二级时效温度由165℃逐渐升高至175℃时,7B04-T74合金晶粒组织特征没有明显变化,晶内析出相数量减少且尺寸增加,晶界析出相粗大且断续分布;7B04-T74态铝合金薄板的室温拉伸抗拉强度、屈服强度明显降低,其伸长率无明显变化,电导率明显提升,剥落腐蚀级别无明显变化趋势。通过对比不同二级时效温度下7B04铝合金的组织与性能测试结果可知,7B04合金2 mm厚薄板由退火状态到T74状态的最优二级时效温度为173℃。

基于扫描Kelvin探针和FT-IR的7B04-T74铝合金/涂层体系丝状腐蚀研究

对7B04-T74铝合金进行硫酸或铬酸阳极氧化后再喷涂底漆或底漆+面漆,从而制备4类试样,而后开展标准丝状腐蚀试验,利用扫描Kelvin探针(SKP)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)技术对7B04-T74铝合金/涂层体系的腐蚀行为和机理进行研究。光学显微镜观察发现4类试样上腐蚀丝的数量较少,且长度不超过3 mm,表明4类试样均具有较好的耐蚀性。SKP测试结果表明,4类试样跨划痕区域的伏打电位随试验时间的变化规律相似,划痕处与周围的涂层-金属界面之间的电位差引起丝状腐蚀的发生,腐蚀机理为阳极破坏;单个腐蚀丝的伏打电位值朝着头部降低,朝着尾部升高,头部和尾部之间的电位差促进腐蚀丝的传播。FT-IR分析显示丝状腐蚀产物的成分主要为Al(OH)3、Al2O_(3)和AlCl3及其部分水解产物,发生的电化学反应类似于7B04-T74铝合金在氯离子作用下的点蚀过程。对比分析结果表明,2种阳极氧化方式对丝状腐蚀的影响差异性较小。

7B04铝合金及其螺接件的微观腐蚀机制及耐久性研究

目的 以飞机结构用7B04高强铝合金及其螺接件为实验对象,通过室内加速腐蚀试验模拟试样在南海海洋大气环境中的环境损伤,并深入分析其微观腐蚀机制与疲劳性能的内在联系。方法 通过数码相机、3D共聚焦显微镜、扫描电子显微镜等手段,研究模拟南海海洋大气环境下7B04铝合金及其螺接件的宏观/微观腐蚀特征,并借助疲劳测试分析经不同腐蚀周期后铝合金试样及螺接件的疲劳寿命。结果 铝合金及其螺接件经室内加速腐蚀试验后发生的腐蚀行为出现了明显差异,7B04铝合金试样表面发生的腐蚀行为以点蚀为主,而螺接件的腐蚀行为更加复杂。其中,远离螺接区域的暴露区的腐蚀情况与铝合金试样一致,在螺接区域发生了明显的缝隙腐蚀。此外,铝合金试样及螺接件随腐蚀周期变化的劣化规律也有所不同,腐蚀使得试样的疲劳性能均不同程度地下降。7B04铝合金疲劳寿命的递减趋势相对平缓,而螺接件在腐蚀进行到第2周期时其疲劳寿命就已降至原始寿命的一半,在腐蚀进行到第4周期时,螺接件的力学性能基本丧失。结论 经腐蚀后,铝合金试样出现了点蚀,且随着时间的延长出现了均匀腐蚀的趋势,疲劳寿命的递减趋势相对平缓。尽管螺接件的过渡区发生了严重腐蚀,但缝隙区诱发的局部腐蚀导致螺接件的受力面积减小,这是造成其疲劳寿命急剧衰减的首要因素。

2B06及7B04铝合金扩散连接数值模拟研究

针对2B06铝合金及7B04铝合金扩散连接变形及焊合率控制难题,在有限元软件ABAQUS中构建扩散连接变形有限元仿真模型及扩散连接界面孔洞闭合有限元仿真模型,研究不同扩散温度、加载压力及时间下的两种铝合金扩散连接厚度压缩变形及界面连接过程,最终确立一组优化的工艺参数。模拟结果表明:选择扩散连接温度500~510℃、加载压力4 MPa,能够在3~10 h内实现扩散连接界面孔洞的完全闭合。通过工艺试验得到扩散连接最佳工艺参数,证明模拟结果合理。

利用7A04-T6铝合金改进的“321”钢桥主桁螺栓连接强度研究

为解决“321”钢桥自重大、架设困难等问题,提出利用7A04-T6铝合金改进“321”钢桥的主桁。通过有限元分析,研究端距和边距对铝合金螺栓连接破坏模式的影响,并分析铝合金板厚和螺栓直径对承压荷载值的影响规律。研究结果表明:当端距小于2.5d时,主要发生冲切破坏;边距小于2 d时,破坏形式为铝合金板横截面破坏,且铝合金螺栓连接承压荷载分别和板厚及螺栓直径呈线性关系。基于分析结果,提出7A04-T6铝合金螺栓连接的实际承压强度计算公式,可为7A04-T6铝合金螺栓连接设计及其安全性能评估提供参考。

喷丸成形压力对7B50-T7751铝合金力学性能的影响

目的 研究7B50-T7751铝合金在不同喷丸成形压力下力学性能的变化规律,探究喷丸成形压力对材料表面形貌、疲劳寿命及静力性能的影响。方法 在不同的喷丸成形压力(0.42、0.50 MPa)下对7B50-T7751铝合金进行处理,分析材料的表面形貌。在此基础上,通过细节额定疲劳基准值和截止值进行计算,并进行压缩试验,结合铝合金材料在喷丸前后应变层的位错密度和形态,分析喷丸成形压力对合金材料疲劳寿命和静力性能的影响。结果 与未喷丸试件相比,在0.42 MPa的成形压力下,合金材料的疲劳寿命和静力性能均有所提高。喷丸成形之后,材料表层引入了一定深度的残余压应力层,形成位错密度较大的加工硬化组织,阻碍裂纹扩展,宏观上提高了材料的强度。在0.50 MPa的成形压力下,材料表面更加粗糙,裂纹易在晶粒连接薄弱处萌生,导致合金材料的疲劳寿命有所降低。结论 随着喷丸成形压力的增大,合金材料的疲劳寿命先增大后减小,抗压强度有所增大。在0.50 MPa的成形压力下,部分裂纹易于在弹坑边缘萌生,在一定程度上会降低合金材料的疲劳强度。

7D04-T7451铝合金高温性能及组织变化特征

通过高温拉伸、SEM、TEM等方法对7D04-T7451铝合金厚板在不同温度下的组织、性能变化及断裂行为进行试验研究。结果表明,随拉伸温度升高,合金的强度降低,伸长率随温度增加而逐渐增加;在较低温度拉伸时,出现了二次析出的现象;当温度超过150℃后,晶内析出相发生了粗化;随温度升高,合金断口逐渐由以位错滑移为主的层片状沿晶断裂转变为以基体/析出相滑脱为主的韧窝断口。

焊接工艺参数对7B04-T6铝合金搅拌摩擦点焊接头疲劳性能的影响

在不同回填时间、插入时间、插入深度、旋转速度下对1.5mm厚7B04-T6铝合金板进行回填式无匙孔搅拌摩擦点焊,对接头进行拉-拉疲劳试验,研究了焊接工艺参数对接头疲劳性能的影响。结果表明:不同焊接工艺下接头均分为焊核区、热机影响区、热影响区和母材,在热机影响区的两板结合区存在钩状缺陷;焊接工艺参数对接头疲劳寿命的影响程度从弱到强的顺序为回填时间、插入时间、插入深度、旋转速度;在旋转速度为2500r·min-1,回填时间为2s,插入深度为1.9mm,插入时间为3s下,接头的疲劳寿命最高,可达211919周次,疲劳裂纹萌生于两板结合区的钩状缺陷处。

旋片喷丸对7B04-T6铝合金应力腐蚀抗性的影响

为研究喷丸对7B04-T6铝合金应力腐蚀抗性和静态力学性能的影响,采用旋片喷丸技术对7B04-T6铝合金进行0.1~0.2 A、0.2~0.3 A两种喷丸强度的表面强化处理,进行喷丸前后试样表面粗糙度和残余应力的测定与分析、表面形貌观察、恒载荷应力腐蚀测试、材料静态强度对比测试,并用扫描电子显微镜对断口进行观察分析。结果表明:0.1~0.2 A和0.2~0.3 A两种喷丸强度可分别在7B04-T6铝合金表面形成-350 MPa和-275 MPa残余压应力;表面粗糙度Ra从喷丸前的0.9μm分别增大至1.6μm和1.8μm;在3%NaCl+0.5%H2O2(质量分数)溶液中、(35±1)℃、350 MPa恒载荷作用下应力腐蚀持续时间分别较未喷丸试样提高11.3倍和8.7倍,0.1~0.2 A喷丸强度改善效果更佳;喷丸处理不改变材料的强度极限和断面收缩率,两种喷丸工艺对静态强度和断面收缩率的影响一致。

7B04-T6铝合金新型纳米涂层外场腐蚀环境下电化学性能研究

目的评估自然暴露环境下新型纳米涂层的耐蚀性能。方法选取西沙永兴岛海洋环境作为自然暴晒场,对试验件做预损伤处理后,开展7B04-T6铝合金/新型纳米涂层与天津灯塔涂料股份有限公司典型防腐涂层在高盐雾、高湿热、强太阳辐射等综合腐蚀环境下的外场暴露试验,利用电化学阻抗技术对暴晒前后的两类涂层试样在3.5%NaCl溶液中浸泡不同时间的耐蚀性能进行对比研究。结果两类涂层外场暴露试验后,电化学阻抗值下降,且随着在3.5%NaCl溶液中浸泡时间的增加,Rp值不断减小,CPE-T值不断增大。结论新型纳米涂层在外场暴露试验1年后,并未发生腐蚀损伤失效,仍具有较好的耐盐水性,但其耐候性差于天津灯塔涂料股份有限公司试验涂层。

7B04铝合金的时效沉淀析出及强化行为

利用差示量热法(DSC)、透射电镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、常规力学性能测试等手段研究了7B04铝合金时效沉淀析出及强化行为。结果表明:该材料存在显著的自然时效现象,大量的GPⅠ区沉淀析出是自然时效强化的主要原因;合金在120℃进行人工时效的初期析出大量GP区,使材料的强度迅速提高,时效8 h后,其横向极限抗拉强度即可达到570 MPa,时效22 h时可达强度峰值点,此时GP区(包括GPⅠ和GPⅡ区)和η′相是主要强化相;峰值时效后继续延长时效时间,材料的强度无明显降低,极限抗拉强度保持在590 MPa左右。

7B04-T6铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头微观组织及缺陷分析

对1.5 mm厚的7B04-T6铝合金板材进行了回填式搅拌摩擦点焊,对接头进行了显微组织、显微硬度测试,并且分析了不同工艺参数对钩状缺陷的影响。试验结果表明:点焊接头横截面的微观组织呈类似"碗状"结构,出现了类似洋葱环形的弧线,焊接区域仍可划分为焊核区、热机影响区、热影响区。通过显微硬度分析,发现点焊接头沿中心两侧的硬度值并非严格对称,两侧在最低点处的硬度值不等,可以通过改变工艺参数减小钩状缺陷的尺寸,从而降低缺陷处的应力集中,提升焊缝的力学性能。

7B04铝合金双级时效的微观组织与性能

研究了双级时效处理对7B04铝合金预拉伸厚板的组织和性能的影响。采用TEM对时效组织变化进行了分析,并对力学性能和电导率进行了测试。结果表明:采用双级时效处理实现了晶内和晶界析出相的长大和粗化过程;随着第二级时效温度的升高,合金的强度随之下降,电导率升高。采用第二级160℃时效时,时效时间在12～24h之间合金的强度与T651制度(峰时效的抗拉强度为595MPa)相比下降了10%～13%左右,而合金的电导率可达21.3～22.3MS/m之间,伸长率保持在10%～11%左右。

固溶处理对7B04铝合金组织和性能的影响

通过显微组织观察、拉伸力学性能测试、XRD衍射物相分析以及α(Al)基体点阵常数的测量等方法研究了固溶处理对7B04铝合金组织和性能的影响.结果表明:在410～470℃范围,随固溶温度升高和时间延长,由于粗大的平衡相逐渐回溶,合金的强度逐渐升高;进一步提高固溶温度或延长固溶时间,合金强度逐步降低.7B04铝合金的优选固溶处理制度为470℃×60 min.

7B04铝合金预拉伸厚板的微观组织与性能

研究了7B04铝合金材料在不同热处理状态下的微观组织和性能。结果表明,目前的单级固溶处理(470℃×80min)并未使合金内一次析出相充分回溶,经物相分析确定残留相为MgZn2,S(Al2CuMg),T(Mg32(Al,Zn)49)及Al7Cu2Fe相等。T6状态下晶内析出相为细小GP区和η′相,晶界析出相为半连续状态,无明显的晶间无析出带(PFZ)存在,合金的抗拉强度达595MPa,电导率为31.7%IACS;在T7(115℃×7h+160℃×12h)状态下,晶内的析出相为GP区、η′和η相,尺寸约为5～20nm,晶界有不连续的较为粗大相析出,有明显的PFZ存在,此时抗拉强度为532MPa,电导率为37.0%IACS;采用RRA处理可使合金获得较高强度和较高电导率,抗拉强度和电导率分别为575MPa和36.3%IACS,此时晶内析出相为η′和η相,晶界析出物粗大呈完全不连续分布,有明显PFZ存在。

热处理对7B04铝合金厚板组织与力学性能的影响

通过显微组织观察和力学性能与电导率测试,研究了热处理工艺对7B04铝合金厚板组织与性能的影响。结果表明,适宜的固溶工艺为470℃×240min。120℃×22h时效后合金可获得,抗拉强度为621MPa,但合金的电导率较低,仅为18·3MS/m;双级T74时效时,强度下降了10%～12%(与T6态相比),电导率获得了明显提高,为21·3MS/m;三级时效(RRA)处理可使合金获得高强度和高电导率相结合,强度接近T6态,电导率与T74态相当。合金经RRA处理后,基体内分布着大量的细小弥散析出相(与T6态组织相似),晶界析出相粗大且呈完全不连续分布。

表面涂层破损对7B04铝合金点蚀的影响及仿真研究

模拟7B04铝合金表面涂层破损,采用电化学试验研究7B04铝合金在不同环境条件下的自腐蚀与点蚀行为,基于电偶腐蚀数学模型,通过有限元法分析7B04铝合金与TA15钛合金接触后发生点蚀的条件。结果表明:7B04铝合金点蚀电位受Cl^-浓度和pH值的影响,在NaCl质量分数>10%的中性溶液及NaCl质量分数为3.5%的酸性溶液中,自腐蚀状态下7B04铝合金即可发生点蚀;7B04铝合金与TA15钛合金接触后,电位升高,增加了发生点蚀的可能性,在NaCl质量分数为3.5%的中性溶液中,当阴阳极面积比≥40时,7B04铝合金发生点蚀的萌生并进一步扩展;7B04铝合金电位随阴阳极距离的增大而下降,但幅度有限,在10 m的距离内下降不超过2 m V。