Zn、Sb、Ti、Zr对ZL114合金腐蚀性能的影响

采用电化学腐蚀试验和浸泡腐蚀试验研究了铸造铝硅合金在3.5%NaC1溶液中的腐蚀行为,同时还探讨了合金元素Zn、Sb、Ti、Zr对ZL114合金开路电压、腐蚀电流密度和腐蚀性能的影响规律,并利用金相显微镜和扫描电镜对合金浸泡腐蚀前后的形貌进行了观察与分析。电化学试验结果表明,试验合金的自腐蚀电位向负向移动,腐蚀电流密度增加。浸泡腐蚀试验结果表明,加入合金元素降低了ZL114的腐蚀性能,其中Zn影响较大。

ZL114A铝合金本构关系与失效准则参数的确定

针对航空发动机机匣材料ZL114A铝合金,构建描述该材料在较大温度范围下大变形及失效行为的材料模型。通过万能试验机及分离式霍普金森压杆试验装置测试ZL114A铝合金在常温准静态、高温和高应变率下的力学性能,分析温度和应变率对材料流动应力的影响。采用有限元程序和优化算法反求25~375℃内材料的硬化参数,结合高应变率(1310~5964 s^(-1))下材料的动态行为关系,构建包含塑性应变、温度及应变率的经验型本构模型。开展缺口拉伸、缺口压缩等试验并建立相对应的有限元模型,获取材料在不同应力三轴度下的失效应变,标定分段形式的Johnson-Cook(J-C)失效准则参数。通过不同温度下的平板侵彻试验和数值模拟验证失效准则及其参数的有效性。结果表明,ZL114A铝合金具有明显的应变硬化、温度软化及高应变率强化特性;具有应力饱和特征的Hockett-Sherby(HS)硬化模型较为准确地描述材料大变形下的力学行为;构建的材料本构关系可以描述ZL114A铝合金在大应变、宽温度、高应变率下的力学行为;分段形式的失效准则具有预测不同温度下材料失效行为的能力。

激光沉积修复铸造铝合金ZL114A变形与性能调控

采用激光沉积修复技术对铸造铝合金ZL114A基材进行修复,分析了修复区域组织和性能,并评估了沉积修复过程对尺寸变形的影响.结果表明,修复区界面冶金结合良好,界面区基材存在部分共晶Si重熔的现象;修复区组织以树枝晶和等轴晶为主,修复区底部为外延生长的树枝晶,修复区中部和顶部为等轴晶区.修复区细密、均匀的枝晶组织提高了修复区硬度,但在热影响区附近硬度值出现了下降趋势.经过T6态热处理可以提升修复区和基材的整体性能,50%修复比例条件下抗拉强度可以达到330 MPa.激光沉积修复变形量较小,可以保证低变形条件下机加零件或者返修零件的修复.

高温高压下建筑用ZL114A铝合金的失效研究

为提升ZL114A铝合金在高温高压下的性能,制备建筑用ZL114A铝合金材料,用4种工艺热处理铝合金试样。通过硬度、拉伸试验、断口分析、疲劳寿命试验、材料失效测试等开展ZL114A铝合金试样在高温高压下的结构失效研究。结果表明:固溶温度为545℃、固溶时间为10 h时制备的试样的抗拉强度与伸长率最高;在最大应力幅比下的疲劳寿命最高,可达到31450周次;400℃下,应变率为10 s^(-1)时,其抗压强度由220 MPa快速下降,出现了结构失效情况。ZL114A铝合金的最佳热处理工艺是固溶温度为545℃、固溶时间为10 h。

自然停放时间对低压铸造ZL114A合金力学性能的影响

对低压铸造ZL114A铝合金先进行(540±5)℃×14.5 h固溶处理,再进行不同时间(1~8215 h)的自然时效处理,然后对自然停放1~100 h的试验合金进行(170±5)℃×4 h人工时效处理,研究了自然时效过程中合金硬度的变化以及停放时间对人工时效后合金力学性能的影响规律。结果表明:在自然时效过程中,试验合金的硬度整体呈增大趋势,时效8215 h时达到91.8 HBW,低于人工时效的110 HBW。随着停放时间的延长,人工时效后试验合金的抗拉强度和屈服强度先升高,在停放10 h时达到峰值,分别为355.0,303.3 MPa,随后降低,在停放50 h时降至最低值,分别为336.7,261.7 MPa,随后又有所升高。断后伸长率的变化规律与强度的变化规律相反。在自然停放过程中由于形核驱动力低,试验合金中形成界面能较低的pre-β″相,在人工时效过程中形成强化效果更为明显的β″相,这是强度在停放10 h内升高的原因;而后强度降低的主要原因为不稳定溶质原子偏聚区(GP区)在人工时效时发生了重溶;当停放时间超过50 h后,GP区长大到了稳定的晶核尺寸,在人工时效处理时不会发生重溶,强度回升。

稀土Er对ZL114A合金微观组织和性能的影响

以铸造ZL114A铝合金为研究对象,通过加入稀土元素Er来改善合金的微观组织,提高其力学性能。借助SEM、XRD、DSC等材料分析手段,研究了不同Er含量对ZL114A铝合金微观组织与力学性能的影响。结果表明,添加合适的Er元素可以达到细化晶粒的目的,合金中粗大的枝晶组织逐渐趋于球化,初生α-Al相和共晶Si结晶温度下降,析出相Al3Er富集在共晶Si上,起到异质形核的作用。随着Er含量的增加,共晶Si由板条状演化为棒状或近球状,合金的力学性能也随之提高。当Er含量超过某一临界值(0.5%,质量分数),则细化效果不明显,力学性能也有所降低。添加0.5%Er时,合金的性能最佳,抗拉强度和延伸率分别提高了11.43%和52.8%。

低温预时效对ZL114A合金微观组织和力学性能的影响

研究了预时效温度和时间对ZL114A合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:低温预时效温度和时间对ZL114A合金的组织有着一定影响,预时效工艺为110℃×2 h的合金组织中α-Al枝晶细化,共晶硅相呈细小的颗粒状均匀弥散地分布于枝晶和二次枝晶间。低温预时效温度和时间对ZL114A合金的各项力学性能有一定的影响,预时效工艺为110℃×1 h的ZL114A合金抗拉强度最大,达到331.7 MPa,伸长率最好,达到11%。110℃×2 h预时效工艺的ZL114A合金屈服强度最大,为266 MPa,较未预时效处理合金的屈服强度提高了65 MPa,提升幅度为32%,将低温预时效与正常热处理工艺相配合,可有效提高ZL114A合金的质量和生产效率。

铸造方法和热处理对ZL114A合金显微组织及力学性能的影响

为了对比不同的铸造方式所获得ZL114A合金的显微组织及力学性能差异,通过万能试验机对采用重力、低压、差压铸造方法制备的合金的不同状态力学性能进行了检测,通过光学显微镜对合金的显微组织进行了分析。重力铸造的铸态合金强度最高,抗拉强度、屈服强度分别为151.3 MPa、110.3 MPa;差压、低压铸造的铸态合金的塑性较好,伸长率分别为15.8%和14.7%。铸态合金为枝状组织,主要由α-Al、初生Si、Mg2Si及Al、Si共晶相组成;低压与差压铸造合金晶粒尺寸、共晶相宽度更小。固溶处理后,低压铸造合金抗拉强度、屈服强度分别提升了110.9%和149.5%,差压铸造合金抗拉强度、屈服强度分别提升了125.3%和101.5%,固溶效果优于重力铸造。固溶处理过程中,Mg2Si相回溶于α-Al基体中,共晶Si相逐渐熔断、球化。在170℃时效8 h后,低压铸造合金抗拉强度、屈服强度分别提升了30.2%和83.8%,差压铸造合金分别提升了17.3%和63.5%,低压铸造合金的时效效果最佳;时效处理后,差压铸造合金伸长率最好,低压铸造次之。

二次固溶处理对Sb变质ZL114A合金组织性能的影响

Sb元素的硅相变质效果受凝固冷速影响较大。文中研究了二次固溶热处理对添加Sb元素的不同厚度阶梯试块硅相变质后微观组织与力学性能的影响。研究表明:添加0.12%Sb,初生α-Al基体平均晶粒尺寸约为164μm,共晶硅形貌呈现为细小弥散的球状相;随着凝固冷速的降低,硅相形貌逐渐转变为长棒状、针状与多边形状,硅相分布趋于富集化;二次固溶热处理改善了低凝固冷速下Sb元素的硅相变质效果,沿晶界分布的Si、Mg元素在初生α-Al基体内部不断重复溶入、析出,减小了硅相颗粒尺寸,改善了硅相形貌与分布;断口形貌由沿晶断裂逐步转变为韧窝断裂;10 mm厚度试样平均抗拉强度、屈服强度、伸长率与弹性模量分别提升为356.0 MPa、317.6 MPa、9.6%与69.6 GPa。

金属型铸造中Sb对重力浇铸ZL114A合金组织的影响

利用偏光显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究了金属型铸造条件下Sb对重力浇铸ZL114A合金组织的影响。结果表明,金属型铸造条件下,在ZL114A合金中添加Sb后,其初生α-Al晶粒的尺寸和形貌没有变化,共晶相(包括共晶α-Al和共晶Si)的体积分数减少,共晶Si被变质,铸态合金中的共晶Si变短但没有出现明显的分枝,热处理之后共晶Si更短、球化程度更高,其变质机理为共晶Si的形核核心增加。

Sb、Te变质ZL114A合金的长效性研究

通过扫描电镜分析、抗拉强度以及延伸率分析,研究了Sb、Te联合变质ZL114A的组织和性能,结果表明:Sb、Te变质剂对ZL114A合金有很好的变质作用,合金的力学性能在45min后达到最佳,随着时间的延长,变质效果没有衰退现象。经过二次重熔后,合金的力学性能稳定。

ZL114A合金疲劳行为研究

研究ZL114A合金的拉伸性能和轴向应力疲劳行为(Kt=1,R=-1)。结果表明,ZL114A合金的疲劳性能与美国A357合金的疲劳性能相当。系统研究了L114A合金疲劳损伤特征,分析疏松、夹杂物等铸造缺陷在疲劳裂纹的形核、裂纹的扩展以及瞬断中所起的作用,表明铸造过程中形成的铸造缺陷数量、尺寸、位置对金属的疲劳性能都有不同程度的影响。

浇注工艺对金属型铸造ZL114合金力学性能的影响

ZL114合金具有很高的力学性能和很好的铸造性能,广泛的应用于航空航天以及民用工业领域。采用正交实验法,研究浇注温度、模具温度、变质处理温度和变质剂加入量等四个工艺参数对金属型铸造ZL114合金力学性能的影响。结果表明,影响其力学性能的主要工艺参数是浇注温度和变质处理温度,综合力学性能最佳的工艺参数是浇注温度为700℃,变质处理温度为720℃,变质剂加入量为1%和模具温度为250℃。

共晶硅形貌对ZL114A合金拉伸断裂机制的影响

利用扫描电镜金相观察,研究Al-10%Sr变质剂对ZL114A合金中共晶Si形貌的影响。对金属型铸造的ZL114A合金进行T6处理,并对其拉伸性能、断口形貌及拉伸断口纵剖面进行测试与分析。结果表明,Sr变质能够明显提高ZL114A-T6合金的抗拉强度和伸长率,当添加0.03%Sr时,抗拉强度和伸长率分别从230 MPa和1%上升到最大值310 MPa和8%。未变质时ZL114A-T6合金拉伸断裂模式为穿晶断裂;经Sr元素变质处理后,合金拉伸断裂模式为沿晶断裂。

ZL114A合金旋转喷吹精炼工艺研究

采用旋转喷吹精炼工艺精炼ZL114A合金,通过选择设备不同的喷头转速、气体流量,确定了最佳的设备参数。研究了金属液中氢含量随精炼时间的变化规律,确定了ZL114A合金的旋转喷吹精炼工艺参数;比较了精炼前后镁含量的变化,并测试了旋转喷吹精炼后合金的性能。结果表明,采用旋转喷吹精炼工艺精炼前后镁含量的变化很小,合金熔体纯净度高,合金的性能较高。

铝合金ZL114A的激光焊接工艺

主要研究了铝合金ZL114A的激光焊接工艺特性。首先对其可焊性进行了摸索,然后探讨了激光焊接工艺参数对焊缝熔深、焊缝宽度以及接头组织和力学性能的影响。结果表明,选择适当的激光焊接工艺参数,如:激光功率、焊接速度、离焦量、保护气体流量等,可以获得高质量的焊缝。组织观察发现,焊缝组织致密、晶粒细小,接头强度可以满足使用要求。

激光沉积修复ZL114A铝合金的显微组织及显微硬度研究

为了研究激光沉积技术修复ZL114A铝合金构件的工艺及性能,采用多参数组合激光沉积工艺实验制备了单道单层试样,在分析了其表面形貌、气孔等缺陷产生的原因的基础上,得到了一组相对优化的工艺参数,制备了无缺陷的块状修复试样,并对试样进行了组织分析及硬度检测。结果表明:铝合金修复试样修复区与基材形成良好的冶金结合,沉积层底部为以熔池边缘为起点外延生长的柱状树枝晶,且一次枝晶间距18.38μm,二次枝晶间距9.55μm,在沉积层顶层顶部出现α-Al柱状枝晶转变为等轴枝晶现象。层带区域Si相脱溶析出并趋于粒状化。由于晶粒细化和固溶强化作用,沉积区显微硬度较基材提高25.8%。

固溶温度和时间对ZL114A合金组织的影响

通过金相分析、动力学分析等方法,研究了固溶温度和固溶时间对ZL114A合金共晶硅形态的影响。结果表明:固溶温度对共晶硅的粒化过程有很大的影响,在不产生过烧时,温度越高共晶硅的粒化速率越快、粒化程度越彻底;固溶时共晶分枝和凹槽处首先熔断,并且端部钝化逐渐圆整;ZL114A合金在550℃×10 h固溶时的硅相形态最为理想。

ZL114A铝合金疲劳性能研究及断口分析

用四点弯曲试验法测定机匣材料ZL114A铝合金的疲劳强度,通过光学显微镜和扫描电镜对疲劳断口形貌的观察以及对断口的成分分析,研究了疲劳裂纹的形核和扩展特征。结果表明,在2×106循环次数下,ZL11A铝合金的疲劳强度为(150±73)MPa;样品断口具有典型的疲劳断口特征,断口处Si含量偏高,疲劳裂纹在共晶Si与基体界面处形核并沿此界面扩展。

精炼工艺对ZL114A合金组织及性能的影响

为了研究精炼工艺对ZL114A合金组织和性能的影响,分别采用旋转喷除气法和旋转喷吹除气+过滤法对ZL114A合金进行精炼,并浇注试棒进行热处理.利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、拉伸实验机等对试棒进行组织观察和性能测试.结果表明,在实验条件下,随着除气时间从0、10、20 min ZL114A合金熔体氢含量从0.180μg/g减少至0.035μg/g,合金组织更加致密.除气20 min的ZL114A合金性能为R_m=327.5 MPa,R_(P0.2)=302.5 MPa,A_5=3.75%.将除气20min后的铝熔体分别采用陶瓷片过滤和钢丝棉过滤,组织观察表明夹杂物数量减少.采用钢丝棉过滤合金中易形成片状富Fe相,其性能分别为R_m=328.3 MPa,R_(P0.2)=298.3 MPa,A_5=4.67%;陶瓷片过滤无富Fe相生成,其性能分别为R_m=335.3 MPa,R_(P0.2)=308.5 MPa,A_5=5.1%,陶瓷片过滤效果更好.从而优化出ZL114A合金精炼工艺为旋转喷吹除气时间20 min,陶瓷片过滤.