不同晶粒细化剂对7N01铝合金铸锭细化效果

文章通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、金相显微镜、低倍测试等,分析了Al-3Ti-0.15C和Al-5Ti-1B两种晶粒细化剂的微观组织差异,对比了两种细化剂对7N01铝合金铸锭晶粒的细化效果。结果表明:Al-3Ti-0.15C晶粒细化剂添加入熔体后主要形成Al_(3)Ti和TiC相,Al_(3)Ti颗粒以杆状形式存在,杆状长度为30~80 μm,而TiC相以细小点状较均匀分布。Al-5Ti-1B晶粒细化剂添加入熔体后主要形成Al_(3)Ti和TiB_(2)相,Al_(3)Ti相以细小块状均匀分布,尺寸为10~50 μm,TiB_(2)相呈点状分布且局部有聚集。对于7N01铝合金铸锭,使用Al-5Ti-1B晶粒细化剂的细化效果比使用Al-3Ti-0.15C晶粒细化剂的细化效果更佳。

热处理对1060/7N01/1060轧制复合板显微组织及力学性能的影响

利用475℃单道次热轧的方式制备界面结合良好的1060/7N01/1060层状复合板。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜及电子背散射衍射结合硬度和拉伸实验研究层厚比对热轧复合板显微组织和力学性能的影响。此外,对比研究冷轧前热处理(固溶处理及峰值时效)对冷轧复合板显微组织和力学性能的影响。结果表明,层厚比对热轧复合板各层显微组织特征影响不大,其力学性能与混合法则理论预测结果一致。相比而言,额外的热处理对冷轧板纯铝层的晶粒尺寸无明显影响,却有助于细化7N01层的晶粒尺寸及弥散、细小析出物的形成,使其具有更显著的细晶强化、析出强化及位错强化效应。

7N01铝合金薄板搅拌摩擦焊接头力学性能研究

为研究7N01铝合金薄板搅拌摩擦焊接头的力学性能,进行7N01铝合金薄板搅拌摩擦焊接头的强度、撕裂性能、疲劳性能等力学性能试验。结果表明:7N01铝合金薄板搅拌摩擦焊接头抗拉强度为351.8 MPa,达到母材强度的81%;接头焊缝的纵向抗启裂性能较差;接头疲劳极限为70 MPa,需通过优化焊接工艺参数提高疲劳性能。

A7N01铝合金型材抗应力腐蚀性能

本研究采用U形试样和四点弯梁试样对A7N01铝合金型材进行应力腐蚀试验,从而对比型材的上、中、下层的抗应力腐蚀能力。结果发现:A7N01型材母材的晶粒细小,表面未观察到粗晶层,力学性能检测表明测试结果均符合要求;U试样应力腐蚀试验,在型材上下表层取样的母材试样发生开裂,在型材中层位置取样的母材试样未发生开裂;四点弯梁56天应力腐蚀试验,母材上下表层与中层的试样均未发生开裂,但表层试样的腐蚀面积、深度及腐蚀失重均大于内层试样。

高速列车A7N01S-T5铝合金应力腐蚀行为研究

文章选取了我国某类型高速列车常用的A7N01S-T5铝合金材料,进行了恒载荷应力腐蚀试验,对A7N01S-T5材料的应力腐蚀机理、应力腐蚀强度因子K1SCC和裂纹生长机制进行了研究.结果表明,A7N01S-T5铝合金的应力腐蚀破坏敏感性很高,其临界应力场强度因子K1 SCC为5.2 MPa.m1/2,仅为断裂韧度K1 C的0.15,对应的临界应力门槛值б为123MPa,仅为拉伸强度бb0.27.裂纹断口面有明显的舌状凸起和凹坑的存在.A7N01S-T5铝合金的应力腐蚀裂纹以沿晶开裂为主,形貌呈树枝状,同时相邻二次裂纹之间有竞争生长的关系.

6N01S-T5铝合金高速激光-MIG复合焊接工艺

针对高速列车侧墙6N01S-T5铝合金熔化焊时存在焊接变形大,接头软化严重等问题,提高激光-MIG复合焊的焊接速度降低热输入,并通过显微硬度、拉伸试验测试,结合金相及扫描电镜下的EDS分析,对比了高、低焊接速度两种工艺下接头力学性能及微观组织的差异;采用三坐标测量仪和X射线残余应力测试仪对试样焊接变形和残余应力进行测试分析.结果表明,当焊接速度达到4.8m/min时焊缝仍能保证较好的成形;相比于0.6m/min低速焊接,焊接效率大幅度提高,焊缝金属填充量减少68%,接头软化区宽度减小约60%;试件焊后变形及高应力分布区域变窄;焊缝组织细密,接头平均抗拉强度为207MPa,达到母材强度的71%.

高速列车用6061和7N01铝合金焊接接头断裂韧性分析

按照国家标准GB/T 21143—2007《金属材料准静态断裂韧度的统一试验方法》求得高速列车用6061和7N01铝合金焊接接头中焊缝、热影响区和母材3个区域的CTOD值δc和J积分值Jc,借助于数理统计的方法对焊接接头的断裂韧性进行了分析,并结合金相组织和断口形貌分析了它们之间关系.结果表明,对数正态分布对小样本断裂韧性数据拟合程度最好;6061和7N01铝合金焊接接头中各区域δc值和Jc值热影响区最大,焊缝次之,母材最小;6061和7N01铝合金焊接接头比较,7N01铝合金焊接接头中母材和焊缝的δc值和Jc值都优于6061铝合金焊接接头的相同区域;热影响区的δc值6061铝合金优于7N01铝合金;而热影响区的Jc值7N01铝合金优于6061铝合金.

高速列车6N01侧墙激光复合焊接头软化行为分析

采用激光-电弧复合焊工艺焊接高速列车侧墙6N01铝合金型材,并对焊接接头的软化行为进行分析.通过拉伸试验、显微硬度测试、微观金相试验和拉伸断口SEM试验,系统分析激光-电弧复合焊焊接接头软化行为,并与目前生产中应用的MIG焊接头的性能进行对比.结果表明,采用复合焊,焊接接头强度均较MIG焊接头的强度提升10%以上,HAZ的软化区较MIG焊的减小了40%~60%;激光复合焊接头金相组织晶粒更细小,第二相质点数量多而且弥散细小,MIG焊热影响区晶粒长大倾向较大,强化相质点数量少并且尺寸较大.采用激光-电弧复合焊方法对高速列车车体的侧墙所发生的焊接接头软化有较大的改善.

Fatigue behavior and life prediction of A7N01 aluminium alloy welded joint

Fatigue characteristics of A7N01 aluminium alloy welded joint were investigated and a fatigue crack initiation life-based model was proposed. The difference of fatigue crack initiation life among base metal, weld metal and heat affected zone (HAZ) is slight. Furthermore, the ratio of fatigue crack initiation life (Ni) to fatigue life to failure(Nf) is a material dependent parameter, 26.32%, 40.21% and 60.67% for base metal, HAZ and weld metal, respectively. Total fatigue life predicted using the presented model is in good agreement with the experimental data and that using Basquin’s model. The observation results of fatigue fracture surfaces, using scanning electron microscope (SEM), demonstrate that fatigue crack initiates from smooth surface due to welding process for weld metal, blowhole in HAZ causes fatigue crack initiation, and the crushed second phase particles play an important part in fatigue crack initiation in base metal.

7N01铝合金脉冲MIG焊与直流CMT焊多次补焊试验

高速列车用7N01铝合金有较大热裂纹倾向,而补焊时该问题更突出.分别采用脉冲MIG焊和低热输入直流CMT焊对4 mm厚7N01铝合金对接接头进行1次、2次、3次补焊,分析了补焊焊接接头的宏观成形、微观组织和硬度.结果表明,脉冲MIG补焊时下塌量和熔宽均大于直流CMT补焊,脉冲MIG补焊焊道与先焊焊缝微观组织界面明显,先焊焊缝晶粒粗大且晶界发生重熔,熔合区变宽,而直流CMT补焊焊道界面不明显,焊缝微观组织晶粒细小,熔合区无明显变化;脉冲MIG焊3次补焊后软化现象较直流CMT补焊严重.采用直流CMT焊进行7N01铝合金补焊,可有效降低热裂纹倾向并缓解接头性能下降.

高速列车6N01铝合金型材焊接接头疲劳性能

针对高速列车6N01铝合金型材侧墙部件,采用脉动拉伸试验方法分别测试了母材、单丝MIG焊对接接头、激光-单丝MIG复合焊对接接头、激光-双丝MIG复合焊对接接头的疲劳性能,试验采用升降法进行,应力比为0.1,疲劳寿命设定为1×10~7。疲劳测试结果表明,在该试验条件下,6N01铝合金母材的疲劳强度为115 MPa,与铝合金母材相比,焊接接头的疲劳性能略有降低,单丝MIG焊接头的疲劳强度约为87 MPa,为母材的75.7%,激光-单丝MIG复合焊接头的疲劳强度约为107.5 MPa,为母材的93.5%,激光-双丝MIG复合焊接头的疲劳强度约为105MPa,为母材的91.3%,激光-单丝/双丝MIG复合焊对接接头的疲劳性能优于单丝MIG焊对接接头的疲劳性能。

7N01铝合金动态力学性能及其本构关系研究

对7N01铝合金进行了动态冲击试验和准静态压缩试验,用金相显微镜对冲击前后的试样进行了组织观察,分析了应变速率及温度对7N01铝合金动态力学性能和微观组织的影响。结果表明:7N01铝合金具有一定的应变率敏感性和显著的温度敏感性。试样的流变应力随应变速率的提高和温度的降低而增加;采用变量分离与非线性拟合的方法对准静态压缩试验及动态冲击试验数据进行拟合,得到了7N01铝合金的Johnson-Cook本构方程,所拟合的曲线与实验结果相吻合。

脉冲MIG焊对7N01铝合金焊接接头组织及力学性能的影响

采用金相、硬度、拉伸和微型剪切试验研究了7N01S-T5铝合金单脉冲MIG焊、双脉冲MIG焊和超微弧焊三种焊接工艺条件下焊接接头的组织及力学性能。结果表明,焊接热影响区晶粒长大,且析出强化相出现在晶界处;双脉冲MIG焊焊接接头系数高于单脉冲焊和超微弧焊,超微弧焊接接头韧性优于单脉冲和双脉冲焊接接头。

高速列车A7N01S-T铝合金焊接接头晶间腐蚀性能研究

研究高速列车A7N01S-T5铝合金母材及焊接接头的晶间腐蚀行为,测定和观察腐蚀失重、硬度变化、断面和表面形貌。结果表明,在含氯的腐蚀介质中,焊接接头的腐蚀速率高于母材,热影响区是接头腐蚀最为严重的区域,腐蚀沿晶界扩展,形成网状裂纹。焊接热输入使热影响区的富锌强化相沿晶界连续析出,其电位最低因而成为腐蚀电池的阳极,不断发生电化学反应而溶解,导致晶界成为腐蚀的阳极活性通道,使腐蚀沿不断向金属内部发展。

7N01铝合金120℃单级时效的组织和性能

利用光学金相、扫描电镜、透射电镜、硬度和差热分析等研究了7N01铝合金在120℃下时效性能变化与析出演变情况。结果表明:7N01强化元素充分固溶处理后,难溶的Fe、Mn元素等与Al、Si等形成了棒状α-Al(FeMn)Si相,时效过程中,α-Al(FeMn)Si吸附并溶解基体析出的Mg、Zn等元素,形成α-Al(FeMnMgZn)Si。合金在120℃下时效,随着时效时间的延长,硬度不断上升,并在时效48 h后达到第一个硬度峰值,峰值硬度为138 VHN,继续时效,硬度开始稍有下降,时效到72 h后硬度又缓慢上升,直至时效到96 h时,7N01硬度达到第二个峰值,峰值硬度为146 VHN。硬度变化本质上反映了120℃时效过程中强化相从GPⅡ到η'相转变。

7N01铝合金激光-MIG复合焊接工艺研究

以4 mm厚7N01铝合金为研究对象,通过改变激光功率、MIG焊接电流﹑焊接速度等焊接工艺参数,研究了其激光-MIG复合焊接工艺,并对不同工艺下接头的抗拉强度及显微组织进行了研究。结果表明,激光-MIG复合焊能够非常高效地焊接7N01铝合金,在最优工艺下接头的抗拉强度为256.94 MPa,达到母材抗拉强度的59.75%;通过降低激光功率提高MIG焊接电流,可以有效地改善接头的气孔缺陷,提高接头力学性能;接头的组织为典型的激冷结晶组织,主要为树枝晶和等轴晶。

预变形对7N01铝合金力学性能及显微结构的影响

采用力学性能测量和显微结构表征和工艺调控等手段,系统研究了预变形加时效的组合工艺对7N01铝合金力学性能和显微结构的影响.研究表明:与单一的变形强化工艺和单一的时效强化工艺相比,合适的形变时效工艺能大幅提高材料的性能.本实验采用10%预变形后120℃再时效,合金的屈服强度可以达到430 MPa,抗拉强度可以达到470MPa,延伸率仍然保持在14%.随着预变形量的增加,合金的强度先上升后下降,采用过大的变形量反而不利于优化材料力学性能;变形引入的位错会对后续时效强化中纳米析出相颗粒的种类、尺寸和分布等产生关键作用,从而影响材料最终的综合力学性能.

A7N01铝合金复合加载下的疲劳裂纹扩展行为

利用CTS试样,研究了A7N01P-T4铝合金母材在I-II型复合加载下,不同加载角度时疲劳裂纹的扩展行为,利用有限元数值计算复合加载下裂纹尖端的应力强度因子(SIF,stress intensity factor)得到了加载角度与裂纹开裂方向的关系,并与由最大周向应力准则导出的关系进行了对比,二者吻合良好;根据疲劳试验和有限元计算的结果,并引入当量应力强度因子,分析了不同加载角下疲劳裂纹的扩展速率.结果表明,经当量化处理后,各加载角下的裂纹扩展速率曲线基本重合,并且满足Paris公式.

A7N01铝合金焊接接头中不同区域在不同介质中的电化学腐蚀行为

为了积累A7N01铝合金及其焊接接头在不同介质中的电化学腐蚀数据,采用ER5356焊丝分别焊接了A7N01-T5和A7N01-T4铝合金。采用动电位扫描法分别测试了2种铝合金焊接接头中的母材及焊缝分别在5%(质量分数)NaCl,Na2SO4,NaNO3溶液中的极化曲线,并计算出相应的电化学参数。结果表明:2种铝合金焊接接头中母材在3种腐蚀溶液中的腐蚀倾向大于焊缝,腐蚀速率也快于焊缝;Cl-,SO2-4和NO-3对2种铝合金焊接接头中的母材及焊缝的腐蚀加速作用依次减弱;A7N01-T5母材在3种腐蚀介质中的耐蚀性优于A7N01-T4母材的。

6N01铝合金水冷MIG焊接头组织和性能

针对6N01铝合金熔化焊接头软化问题,研究了水冷对MIG焊接头组织和性能的影响,并与自然冷却条件下接头进行对比.金相试验结果表明,水冷使填充和盖面焊道部分熔化区变窄,焊缝近熔合线的柱状晶区变宽,焊缝内部等轴晶细化;显微硬度试验结果表明水冷条件下接头软化区范围明显变窄且硬度提高;软化区TEM观察显示水冷减少了β'析出相长大;水冷还提高了MIG焊接接头屈服强度和抗拉强度.结果表明,水冷能优化6N01铝合金MIG接头组织并提高力学性能.