铝合金塑性成形粗晶现象的研究进展

铝合金经过热塑性变形或者塑性变形+热处理后,可能发生晶粒异常长大而形成粗晶。粗晶会大幅降低构件的力学性能、耐腐蚀性能和抗疲劳性能,因此必须得到有效控制。对铝合金塑性成形粗晶的研究主要集中在2×××、6×××、7×××系热处理可强化型铝合金以及5×××系热处理不可强化型铝合金,研究内容已经覆盖塑性成形工艺、热处理制度、微观组织演变、数值仿真模拟等方面。为了明晰铝合金塑性成形构件粗晶现象的研究现状,为相关研究提供参考,对铝合金塑性成形粗晶现象的研究进展进行了梳理。首先,分析了材料成分、变形温度、变形速度、固溶温度、固溶时间和模具结构对晶粒异常长大的影响;其次,从晶粒取向分布、应变诱导储能和第二相钉扎作用的角度总结了晶粒异常长大的机理;再次,归纳了包括改变坯料初始状态、合理的锻造技术和中间形变热处理等有效抑制粗晶产生的方法;最后对未来的研究方向进行了展望。

阴极电流密度对6061铝合金在含Na_(2)WO_(4)电解液中微弧氧化膜结构和耐磨性能的影响

目的 研究恒流模式下阴极电流密度对6061铝合金在含Na2WO4的电解液中制备的微弧氧化膜厚度、形貌、相组成及耐磨性能的影响。方法 固定阳极电流密度为5.0 A/dm^(2),阴极电流密度分别为0、1.25、2.5、3.75、5.0 A/dm2,对6061铝合金进行微弧氧化40 min。用涡流测厚仪测量了氧化膜的厚度,用扫描电镜观察了微弧氧化膜的表面形貌和截面形貌,用能谱分析仪分析了氧化膜的表面成分,用X射线衍射分析仪分析了微弧氧化膜的相组成,用往复式摩擦磨损试验机测试了氧化膜的耐磨性能。结果 随着阴极电流密度的增加,氧化膜内的W含量逐渐减少,氧化膜颜色逐渐变浅,氧化膜厚度逐渐增加。微弧氧化膜的主要组成相为α-Al2O3和γ-Al2O3。当阴极电流密度从0 A/dm2增加到3.75 A/dm2时,氧化膜内孔洞的数量和尺寸逐渐减少,孔洞到氧化膜/基体界面的距离逐渐增加,氧化膜的耐磨性能逐渐提升。当阴极电流密度为3.75 A/dm2时,氧化膜的磨损率最低,仅为1.07×10-4mm3/(N·m)。但阴极电流密度增加到5.0 A/dm2时,氧化膜表层出现孔洞和剥落,耐磨性能下降。结论 阴极电流的加入有助于增加6061铝合金微弧氧化膜的厚度,提高氧化膜的致密性和耐磨性能,但过高的阴极电流会导致氧化膜表层出现孔洞,降低耐磨性能。

6061铝合金FSW接头组织与耐蚀性能的研究

对4 mm厚的6061-T6铝合金板进行了搅拌摩擦焊接,通过浸泡腐蚀试验和电化学腐蚀试验研究焊缝腐蚀性能,采用金相显微镜、透射电镜等观察接头的微观组织。结果表明:6061铝合金FSW焊核区晶粒显著细化,晶界第二相较少;焊核区的耐剥落腐蚀和晶间腐蚀性能优于热影响区的;焊核区比热影响区的腐蚀电位较高,腐蚀电流密度较小,焊核区表现出更好的耐腐蚀性能。

海洋环境下铝合金腐蚀与防护的研究进展探析

铝合金因具有较好的耐蚀性能和加工性能,并且本身也具有质量轻、强度好等优点,在海洋船舶和海洋工程装备等领域得到了非常广泛的应用。随着对海洋资源的探索,船舶及海洋工程装备领域迎来了快速发展时期。由于海洋环境的特殊性和复杂性,在深海或者极端环境下铝合金也有广泛应用的可能性,在深海油气勘探和极地航行船舶等设备中,铝合金可以作为结构材料,因其质量轻、耐腐蚀性能好,得到了广泛应用,但存在着诸多腐蚀铝合金的因素,给船舶及海洋工程装备的发展造成严重的影响。基于国内外最新相关研究进展,针对铝合金的种类、腐蚀类型、腐蚀监测技术以及腐蚀防护技术进行了综合分析,探究铝合金在海洋环境中的腐蚀行为以及不同的防腐技术,为将来铝合金在深海或极端海洋工程领域的应用以及改善和提高铝合金防腐技术研究提供借鉴。

6082-T6铝合金构件及其超大跨空间结构的受力性能与设计方法

针对6082-T6铝合金,从材料力学性能、轴压与偏压构件稳定承载力、受弯构件受力性能方面进行了系统试验和数值仿真研究;建立了国产铝合金构件试验数据库,评估了中、欧、美规范及DSM、CSM共5种设计方法的可靠度水平;对6082-T6铝合金圆管及泡沫铝填充复合管开展侧向冲击试验与数值仿真研究,提出了构件动态响应计算方法,并建立了冲击下构件变形的预测方法;针对超大跨度铝合金巨型网格结构开展了探索性研究,提出了适用于超大跨度结构的新型节点形式及稳定受力性能分析。研究成果将对6082-T6铝合金构件及结构在工程中的推广应用、提升结构的承载与抗冲击防御能力提供依据与技术支撑。

6082铝合金汽车法兰挤压铸造数值模拟及试验验证

对挤压铸造6082铝合金汽车法兰件进行了不同挤压铸造工艺参数的数值模拟,并预测了缩松缩孔缺陷产生的位置。结果表明:各参数下的汽车法兰件充型完整,保压过程中由于三个凸台对应的部位壁厚大,该处最后凝固;保压结束后,模具承压部位温度明显高于其他部位,温度分布表现出不均匀性,在实际压铸过程中应当注意防护以免模具损伤。缩孔缩松位置主要出现在三个凸台对应的厚壁位置,与温度场结果一致。成形试验获得了优良的铸件,表明数值模拟结果准确、可靠。

摆动工艺参数对铝合金激光焊焊接质量的影响

为了研究铝合金激光焊接过程中摆动参数对焊接结果的影响,文章采用单因素的变量试验,在其他参数固定为功率4 kW、焊接速度80 mm/s、离焦量0的情况下,分别分析激光摆动频率、摆动幅度等参数对2 mm厚的6k21和5754铝合金薄板焊缝成型、焊接质量的影响。试验结果表明:随着摆动幅度的增加,焊缝熔深减小,熔宽先增加后减小;随着摆动频率的增加,熔深、熔宽均减小;在焊缝没有焊接缺陷的情况下,试件的剪切力与熔宽成正相关。文章研究结果可为汽车轻量化全铝车身连接中的激光焊接工艺提供一定的理论参考。

激光-电弧复合焊接铝合金的研究进展分析

为早日实现“双碳”目标,轻量化制造是必经之路。铝合金以其低密度、高比强度和可回收利用等优点脱颖而出,并且具备高塑形、优良耐腐蚀能力从而可以广泛应用于各行各业,但因为其特殊的热物理性质及复杂的合金化学成分,使其焊接过程中极易出现气孔、热裂纹等焊接缺陷,其焊接难题限制了铝合金在轻量化之路的进一步发展。激光-电弧复合焊接技术结合激光焊接技术与电弧焊接技术的优势,以其大焊接熔深、高焊接效率、高焊接质量著称,并逐渐成为铝合金高效优质焊接的重要熔焊工艺。为掌握铝合金激光-电弧复合焊的研究现状,本文首次通过文献计量学的方法定量分析了Web of Science(WoS)数据库中1995—2021年已发表的该领域的学术论文,并通过使用VOSviewer软件对WoS数据库数据进行了可视化处理。结果表明,焊接接头、微观组织、热影响区、力学性能及激光与电弧的相互作用为研究热点,因此本文从上述领域对铝合金的激光-电弧复合焊接进行了总结与分析,并结合激光-电弧复合焊接过程中的在线监测技术与新型激光在复合焊中的应用展开讨论分析,得出激光-电弧复合焊接铝合金中接头类型的选取,微观组织的分布,力学性能的提升措施及复合热源的相互作用机制。旨在为后续研究激光-电弧复合焊接铝合金提供参考。最后,基于当下的研究现状,本文提出了该领域面临的挑战及未来工作展望。

ZL101/6061铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能研究

采用搅拌摩擦焊接ZL101铸造铝合金和6061铝合金,转速为1000 r/min,研究不同焊接速度和压入量对铝合金接头组织和性能的影响。结果表明:当焊接速度为150 mm/min,压入量为6 mm时,铝合金接头的成型较美观;接头主要以α(Al)相为基体,在基体上分布着Al4Si第二相;铝合金接头的抗拉强度达到最大值,为92.53 MPa;焊接接头的硬度总体上呈“W”趋势,焊核区硬度高,热机械影响区的硬度略微下降,热影响区的硬度又有所回升。此工艺参数条件下铝合金接头的耐腐蚀性能最好,自腐蚀电位和自腐蚀电流密度分别为-0.6933 V和3.17×10^(-7) A/cm^(2)。

航空铝合金薄板搅拌摩擦焊内部缺陷的超声相控阵检测

针对3 mm厚度下航空铝合金薄板搅拌摩擦焊焊缝的检测需求,基于典型缺陷特征以及缺陷对焊接接头性能的影响规律分析,明确了搅拌摩擦焊无损检测应重点关注的缺陷类型;设计了不同深度和尺寸的隧道以及未焊透缺陷模拟样件,利用模拟缺陷样件验证了超声相控阵检测技术对铝合金搅拌摩擦焊中1 mm埋深0.2 mm孔径的隧道缺陷以及1.6 mm埋深2 mm长、0.2 mm深未焊透缺陷的检测能力,对3 mm厚度下搅拌摩擦焊实际样件的检测结果与X射线检测结果及断口观察结果吻合,超声相控阵检测技术可以用于3 mm以下航空铝合金薄板搅拌摩擦焊焊缝的检测。

功率调制对激光振镜焊接铝合金的影响

为了验证能量分布模式对异种铝合金焊接质量的影响,采用全域功率调制激光振镜焊接系统对6061和5052铝合金进行了对接焊试验.对比了传统激光焊(LW)和两种激光振镜焊接模式(恒功率-CP和梯度功率-GP)对焊缝成形、焊接气孔、显微组织和力学性能的影响.结果表明,光束振荡改善了焊缝成形,GP模式焊缝表面凹陷程度最小;振镜模式下焊缝等轴晶的比例比激光焊增多,其中GP模式焊缝等轴化程度最高,显示出最高的接头强度和熔合区硬度;GP模式焊接时降低了熔池温度梯度,使熔池产生了最大的过冷度和异质形核率,从而提高了焊缝中等轴晶的比例;振镜激光焊接改变了能量分布模式,降低了能量峰值;GP模式下焊缝中心的能量密度高于CP模式,使得焊缝熔合良好.

激光除漆对铝合金基材表面质量的影响

目的研究激光除漆后对铝合金基材表面阳极氧化膜的损伤情况。方法采用纳秒脉冲激光器对涂覆复合漆层的2A12铝合金表面进行激光清洗试验。采用超景深显微镜对清洗后表面形貌与横截面进行观察,利用扫描电子显微镜与能谱仪观察清洗后的微观形貌,并利用维氏硬度计对表面显微硬度进行检测。结果选择合适的激光参数能够完全除去复合漆层,当激光功率过高或激光扫描速度较低时,会发生过度清洗现象,清洗后表面的阳极氧化膜层发生损伤,甚至被去除的情况。在激光功率为450、400 W,扫描速度为4.5 mm/s时,清洗后表面的阳极氧化膜层发生破损;在激光功率为450、400 W,扫描速度为4 mm/s时,清洗后表面的阳极氧化膜层已经被去除。在激光功率为500 W,扫描速度为5.5 mm/s,与激光功率为450 W,扫描速度为5 mm/s时,完全去除复合漆层后的阳极氧化膜层表面的平均维氏硬度分别约为211HV与242HV,在工艺参数为450 W、4.5 mm/s时,表面平均维氏硬度约为168HV。结论在激光除漆的过程中,采用合适的激光工艺参数彻底去除漆层后,铝合金表面阳极氧化膜层的显微硬度并未受到影响。在发生过度清洗时,铝合金表面的阳极氧化膜层会发生烧蚀损伤以及弹性振动剥离。

焊接方法对铝合金焊接接头微弧氧化色差的影响

目的分析铝合金焊接接头微弧氧化过程中色差产生的原因。方法采用单激光和激光-MIG复合焊2种焊接方法焊接2A12铝合金,利用RGB值定性描述不同焊接试样的色差差异大小,采用金相、SEM和微区XRD观察2A12铝合金单激光和激光-MIG复合焊接头微弧氧化前后的组织、微观形貌和表面物相组成。结果经微弧氧化处理后,2A12铝合单激光焊焊件的焊缝和母材之间无明显色差,2A12铝合金激光-MIG复合焊焊件的焊缝和母材之间存在明显色差,结合金相组织、表面和截面的SEM形貌以及表面EDS和XRD测试分析结果可知,成分和表面熔融物颗粒的大小不同是铝合金焊接接头微弧氧化色差形成的主要原因,焊接接头的组织对铝合金焊接接头微弧氧化色差的产生没有影响。结论单激光焊接接头微弧氧化后的氧化色差较激光-MIG复合焊接头的小;铝合金(2A12)焊接接头产生氧化色差主要是因为焊接接头的成分和表面熔融物颗粒大小不同,而组织对色差无影响。

铝-石墨烯复合镀层对7075铝合金硬度优化研究

在有机体系下制备了铝-石墨烯复合镀层,研究了7075铝合金硬度和耐磨性的优化工艺。采用正交试验研究了工艺参数对复合材料表面硬度和耐磨性的影响。采用单因素试验分析了石墨烯浓度和电流密度对硬度的影响规律。利用SEM、XRD、Raman光谱分别对复合镀层的微观形貌、相结构及石墨烯的存在进行表征分析。结果表明:各工艺参数对复合材料硬度和耐磨性的影响顺序均为石墨烯浓度>电流密度>电镀时间>搅拌速度。随着石墨烯浓度和电流密度的增大,复合材料硬度均出现先升后降的变化趋势。在优化工艺下,复合材料表面硬度较基体硬度提升了229.9%,而其摩擦系数较基体的降低了90.1%,说明了石墨烯优异的机械强度和自润滑性强化了复合材料的力学性能。

电沉积辅助真空处理制备铝合金超疏水保护膜及其性能研究

铝合金是工业领域经常用到的金属材料,为了使其成为耐污、耐腐蚀的高性能超疏水材料,以铝合金为基底、硝酸镧为电沉积液,采用电沉积辅助真空处理法不经修饰直接制备出超疏水铝合金表面。通过对所制备超疏水铝合金表面的形貌、化学组成、浸润性、自清洁、耐腐蚀等方面进行表征和测试可知,所制备铝合金表面存在一层致密的蛛网状微纳米氧化镧粗糙结构,再加上稀土氧化镧本征超疏水的协同作用,使其表现出超疏水特性,对水的接触角可达到160°,滚动角约为5.0°,且具备良好的自清洁、耐磨和耐腐蚀性能。

铝合金细化剂细化行为研究现状与展望

晶粒细化处理能够显著改善铝合金的综合性能,对拓展其应用领域意义重大。本文基于异质形核,探讨了点阵错配模型、边边匹配模型以及自由生长模型,肯定了边边匹配模型在筛选潜在晶粒细化剂方面的高效性;根据自由生长模型关于异质相尺寸、形态、分布等对晶粒细化效果影响的理论研究,归纳了物理、化学方法调控第二相进而优化细化效果的研究进展,并且对第二相尺寸影响细化效果的原因进行了理论阐述,最后对优化晶粒细化剂的方向做了展望。

热轧变形量对含0.5%B的6063铝合金晶粒取向、织构及再结晶的影响

借助SEM、EBSD、EDS等测试手段,研究了轧制变形量对含0.5%B的6063铝合金的晶粒取向、形变织构以及再结晶的影响。结果表明:随着轧制变形量的增加,晶粒越来越细小,越来越扁平,晶粒取向趋于一致,小角度晶界密度增加。轧制变形可以明显改变铝合金内部织构占比,合金随着压下量的增加,S织构和Brass织构占比变少,Cube织构和Goss织构的占比变多。均匀化热处理会使样品的再结晶晶粒增加至87.4%,轧制会使再结晶晶粒数量急剧下降,但是随着变形量的增加,再结晶晶粒数量会缓慢增加至1.18%。

Si含量对汽车用铝合金组织和性能的影响

制备了不同Si掺杂质量分数的汽车用铝合金材料,通过XRD、OM、SEM、力学性能试验和摩擦磨损试验研究了Si质量分数对铝合金物相结构、显微组织、硬度、拉伸强度、磨损性能和磨损形貌的影响。结果表明,铝合金主要是由α-Al、Mg、Si以及第二相Mg_(2)Si和Mg_(17)Al_(12)组成,Si掺杂质量分数的增加细化了珊瑚状的α-Al相,第二相主要析出在晶界处。随着Si掺杂质量分数的增加,铝合金的拉伸强度和硬度先增大后减小,屈服强度持续增大,断裂延伸率持续降低,Si掺杂质量分数3%的铝合金的拉伸强度达到最大值264.8 MPa,对应的屈服强度为189.6 MPa,硬度为最大值58.8 HV,对应的断裂延伸率为10.6%。磨损测试结果表明,磨损量和摩擦系数均随Si掺杂质量分数的增加表现出先降低后增大的趋势,当Si掺杂质量分数为3%时,铝合金的摩擦系数和磨损量均达到了最低值,分别为0.052及64.8 mg,铝合金的耐磨损性能最佳,磨损面中犁沟的方向均匀一致。

大厚度铝合金板疲劳裂纹扩展特性研究现状及关键问题探讨

试样厚度增加引发的裂纹扩展“马鞍效应”是厚度与三维裂纹端部应力应变场内在联系的表象反映,在未得出这种内在联系机理与规律的情况下,基于传统模型对大型机械设备中的厚板及变厚度板进行损伤容限评定必然存在很大的风险。以大厚度铝合金板为研究对象,从三维裂纹端部应力应变场与裂纹扩展形貌之间的关系、疲劳裂纹扩展的厚度效应、腐蚀与疲劳共同作用下裂纹扩展机理与模型等三个方面,对裂纹扩展相关问题的研究现状进行了总结分析,对大厚度铝合金板疲劳裂纹扩展特性研究的关键问题进行了探讨。

纳米Cr_(2)O_(3)对铝合金微弧氧化膜组织和性能的影响

在恒流模式下对7050铝合金开展微弧氧化试验。用SEM、EDS、XRD、膜层测厚仪、维氏硬度计、电化学工作站和磨损试验机等研究了不同纳米Cr_(2)O_(3)含量对7050铝合金微弧氧化陶瓷膜组织和性能的影响。结果表明:添加纳米Cr_(2)O_(3)能减小陶瓷膜孔径,提升致密度,优化陶瓷膜结构;当纳米Cr_(2)O_(3)由1 g/L增至5 g/L时,陶瓷膜的厚度、硬度均先增后减;与未添加相比,添加纳米Cr_(2)O_(3)的陶瓷膜的耐蚀性和耐磨性均明显提升;陶瓷膜主要由γ-Al_(2)O_(3)相和少量的α-Al_(2)O_(3)相、莫来石相、Cr_(2)O_(3)相构成;总体来看,当纳米Cr_(2)O_(3)为3 g/L时,陶瓷膜的性能最优,厚度、显微硬度、自腐蚀电流和磨耗比分别为30.98μm、1273HV0.1、5.162×10^(-8)A/cm^(2)、0.0913%。