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)。

稀土元素钇及热处理对ZL101铝合金组织与力学性能的影响

本文研究了稀土元素钇(Y)和固溶处理对Al-Si-Mg系ZL101微观组织以及力学性能的影响。结果表明,添加0.5%稀土Y可使合金内粗大的α-Al转变为均匀珊瑚状,发挥了明显的变质作用,同时可明显降低合金的抗拉强度和硬度,但对伸长率的提升并不显著。在固溶温度为525℃和时效温度为170℃时,依次对添加0.5% Y的ZL101进行1 h、2 h、3 h的固溶 + 时效处理。固溶 + 时效处理1 h时,珊瑚状α-Al变得粗大,共晶硅从过饱和固溶体中析出,ZL101的抗拉强度和伸长率明显提高。随着热处理时间的增加,共晶硅的形状逐渐粗化为长条状,拉伸断口解理断裂程度增加,力学性能逐渐下降。

ZL101合金的熔体过热处理工艺研究

利用熔体过热技术对ZL101合金进行了不同过热温度和保温时间的熔体处理,利用金相显微分析及硬度测试分析其工艺特点。结果表明在820°C保温25 min时组织形态最好,α-Al枝晶较细,共晶Si为短棒或颗粒状且分布均匀。经熔体过热处理后,ZL101的显微硬度得到了显著的提升。

ZL101铸铝合金在不同振幅下的超声空蚀行为

利用超声振动空蚀装置研究了ZL101铸铝合金在60,70,80μm振幅下的超声空蚀行为。结果表明:ZL101铸铝合金主要由Al相及少量的Fe、Al_(0.5)Fe_(3)Si_(0.5)相组成,在空泡的反复冲击和溃灭作用下,晶粒内部较软的Al相率先发生空蚀破坏,进而损失晶粒边界,产生小空蚀坑;在不同振幅下,空蚀表面均产生明显的塑性变形和脆性断裂,同时具有明显的打孔和掏空行为;振幅的增大导致超声波强度和最大声压增大,进而导致空蚀环境中的压力波动变大,空泡溃灭增多,ZL101铸铝合金受到的空蚀破坏加剧,空蚀质量损失量增大,蚀坑深度增大。

ZL101A铝合金拉伸断口缩松缺陷产生原因

某批次ZL101A铝合金试样在进行拉伸试验后,其断口出现了缩松缺陷。采用宏观观察、X射线检测、金相检验、扫描电镜及能谱分析、力学性能测试等方法分析了缩松缺陷产生的原因,以及缺陷与材料力学性能的关系。结果表明:在铸造过程中,ZL101A铝合金局部得不到及时补缩,金属液在凝固过程中收缩不一致,导致材料产生缩松缺陷;缩松缺陷严重降低了ZL101A铝合金材料的力学性能,随着缩松缺陷面积的增大,材料的抗拉强度和断后伸长率均呈下降趋势。

某型飞机ZL101A机载箱体支架开裂研究

针对某型飞机机载ZL101A铝合金箱体支架开裂,进行了宏、微观断口,化学成分,显微组织及力学性能验证与分析。结果表明:铝合金支架的化学成分Fe元素超标,抗拉强度及硬度均符合标准,延伸率不合格。由于铸造过程中未进行有效变质处理,导致生成了粗大的共晶Si针状相、针状Al3Fe有害相,进一步恶化了合金的机械性能,降低了材料塑性;支架螺钉安装孔壁较薄,导致承载能力不足、在拆卸时受过大冲击载荷,造成支架过载断裂。

电力金具用ZL101A铝合金阳极氧化及性能研究

选取制造电力金具常用的ZL101A铝合金作为基体,采用不同成分的电解液进行阳极氧化实验,旨在提高铝合金材质电力金具的耐腐蚀与抗老化性能。实验结果表明:采用硫酸电解液、草酸电解液和混合酸电解液制备的阳极氧化膜形貌特征存在差异,但是都表现出良好的抗紫外光老化性能;与硫酸阳极氧化膜和草酸阳极氧化膜相比,混合酸阳极氧化膜整体腐蚀溶解程度轻,表面较均匀致密且相对更厚(达到15μm),表现出优异的耐腐蚀与抗老化性能;混合酸阳极氧化膜在干湿交替环境中的腐蚀速率仅为6.24×10~(-3)mg/(cm~2·h),与ZL101A铝合金相比降低了约74%,能对ZL101A铝合金起到理想的表面改性作用。

Effect of Pouring Temperature by a Novel Micro Fused-Casting on Microstructure and Properties of ZL101 Semisolid Slurry

A novel micro fused-casting(MFC)process is developed for semisolid aluminum alloy slurry.The microstructure evolution and properties of semisolid ZL101 aluminum alloy slurry with difierent pouring temperature by MFC are investigated in this paper.During the cooling process,the effects of the pouring temperature on microstructure and properties is primarily analyzed.The microstructure of the semisolid ZL101 aluminum alloy is more homogeneous and the grain is smaller under proper pouring temperature.Temperature of liquids and solids of ZL101 aluminum alloy is measured by difierential scanning calorimetry(DSC).Distribution and characteristics of the microstructure of samples are examined by optical microscope(OM),scanning electron microscopy(SEM)equipped with energy dispersive spectrometer(EDS).The results show that the ZL101 semisolid slurry fabricated by MFC presents uniform shape and good grain size under the pouring temperature of 594°C and the stirring velocity of 600 r/min,and the fine grains of the primary a-Al phase with average grain size of 55μm and shape factor up to 0.67 were obtained.Besides,the ultimate tensile strength and the average Vickers hardness for semisolid ZL101 aluminum slurry are 178.19±1.37 MPa and 86.15±1.16 HV,respectively.

汽车用ZL101铝合金复合稀土变质与热处理工艺研究

采用显微组织观察、拉伸试验研究了ZL101铝合金的Ce-La复合稀土(Ce含量65%,La含量35%)变质与热处理工艺。结果表明:添加0.05%复合稀土对ZL101铝合金进行变质处理,可以有效减小合金中α-Al二次枝晶间距,细化共晶Si组织;与未变质的ZL101铝合金相比,变质处理的ZL101铝合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提高了6.5%、4.5%和47.1%。对其进行540℃×4 h固溶+170℃×8 h时效处理后,ZL101铝合金组织中共晶Si相呈颗粒状,均匀分布在晶界处,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到306 MPa、231 MPa和6.3%,综合力学性能匹配最好。

激光选区熔化沉积修复ZL101A航空铸铝零件的性能分析

为研究激光选区熔化修复ZL101A合金零件的性能,在不同工艺参数和热处理条件下沉积成形模拟试样。利用电子拉伸试验机、光学显微镜和扫描电镜观察对试样的拉伸性能、金相组织和断口形貌进行分析。结果表明:T6热处理可以提升拉伸试样的屈服强度和抗拉强度;在金属粉末粒度100~150目、吸光涂层厚度0.2mm、送粉速度10g/s、功率1600W和扫描速度8mm/s的激光选区熔化沉积工艺条件下得到的强度指标最高,T6热处理条件下平均抗拉强度为196.8MPa,达到基材的85.6%,可满足一般航空铸件的修复要求;AlSi10Mg沉积组织由白色α固溶体和灰色共晶相构成,热处理后强化相的固溶效果更加完全,共晶相更加圆整化,白色的α固溶体颜色变灰。激光选区熔化沉积试样均为塑性断裂,断口特征均呈现为韧窝和撕裂棱构成,异常断裂的拉伸件断口分布有较多气孔。

ZL101A铸造铝合金机器人大臂断裂失效分析

采用宏观检测、化学成分分析、力学性能测试、金相检测及扫描电镜和能谱分析等手段,对ZL101A铸造铝合金机器人大臂在使用过程中发生断裂进行分析。结果表明:螺纹孔边缘存在较多疏松、孔洞和粗大枝晶组织以及β脆性相是导致机器人大臂断裂的主要原因,使用过程中的撞击促进了断裂的提前发生,并依据检测结果提出了改进措施。

搅拌摩擦加工对铸态SiC_(p)/ZL101组织和摩擦磨损性能的影响

采用搅拌摩擦搭焊(FSLW)将铸态SiC_(p)/ZL101与ZL101板材进行焊接制备新型制动盘材料,铸态SiC_(p)/ZL101复合材料板材被搅拌摩擦加工(FSP)改性。研究了铸态SiC_(p)/ZL101在搅拌摩擦加工(FSP)前后的组织和摩擦磨损性能,以评价新型制动盘材料的制动性能。经过FSP处理后,SiC_(p)/ZL101组织中孔隙被消除,Si C颗粒的平均尺寸由12.8μm降低到3.9μm。晶粒明显细化,尺寸由8.2μm减小到3.2μm。铸态SiC_(p)/ZL101在摩擦初始阶段,摩擦因数先上升再下降,500 s之后趋于平稳,摩擦因数波动幅度较大。FSP后SiC_(p)/ZL101的微观硬度及摩擦因数的波动幅度均减小,摩擦过程平稳,磨损量相当于铸态SiC_(p)/ZL101的45%左右。铸态SiC_(p)/ZL101以磨粒磨损为主,表现出疲劳磨损的特征。FSP后SiC_(p)/ZL101以氧化磨损为主,磨屑尺寸相对较小。

Er和Ce对铸造ZL101A铝合金组织与力学性能的作用对比研究

在ZL101A铝合金中分别加入稀土元素Er和Ce,比较加入两种稀土后合金的组织和力学性能方面的差异。结果表明:在α-Al和共晶Si方面,Er的细化作用明显优于Ce,加入Er可在ZL101A铝合金中形成更加细小和弥散分布的稀土化合物相,使合金的力学性能有较大程度的提高,其ZL101A(Er)合金的抗拉强度达到188 MPa,伸长率是6.7%,高于ZL101A(Ce)合金。

高强ZL101A复杂承载铸件变质与性能优化研究

针对ZL101A合金以及铸件的结构特点及性能要求,开展了ZL101A合金的综合性能优化。本文从变质工艺、熔体处理、晶粒细化等3个方面进行了研究。结果表明:采用Sr变质,结合六氯乙烷与氩气旋转喷吹复合精炼,可有效提升ZL101A合金的综合力学性能,生产的铸件本体切取力学性能最高可达σb≥320MPa,σp0.2≥270MPa,δ5≥10%。

ZL101合金的变质

采用扫描电镜 ,对ZL10 1合金的Sr变质效果与保温时间、Sr含量及晶粒尺寸的关系进行了研究。结果表明 :ZL10 1共晶硅的Sr变质具有长效性 ,且达到最佳变质效果前有一时间间隔 ;加入的Sr量有一临界值 ,超过此值 ,变质效果变化不明显 ;若共晶硅越细小 ,变质效果则越好 ,达到最佳变质效果的时间也随之缩短。

机械振动对半固态ZL101铝合金组织的影响

研究了振动对半固态ZL101铝合金凝固组织的影响规律,在熔体温度为630~660℃时,将加或不加细化剂Al-5Ti-B的ZL101铝液浇入固定在振动台台面上的特制振动坩埚中,并冷却至半固态温度570~590℃,然后恒温保持不同时间。在整个过程中,用自制的振动控制仪进行不同频率的振动,该仪器可以控制振动时间、频率及振幅。对以上各种条件下的半固态组织进行观察发现,振动频率越接近共振频率,初生晶粒越细小、圆整;该机械振动装置可以制备出非枝晶半固态流变浆料,其α-Al晶粒平均直径在100μm以下,平均形状系数在0·3以上。

ZL101铝合金的拉伸断裂特征

使用扫描电子显微镜和光学显微镜对ZL101铝合金的显微组织、拉伸断口及断口剖面进行了观察分析,研究了其拉伸断裂特征。结果表明:ZL101铝合金的拉伸断口为准解理特征,可见第二相(硅共晶体和AlFeMnSi相)沿断口分布;裂纹在第二相粒子的尖锐和凹角处(即应力集中处)萌生,并沿第二相扩展,该过程会拉开(拉断)第二相粒子,并使横向粒子产生变形;韧窝特征是由脆性第二相被拉开后发生塑性变形产生;舌状花样是裂纹沿一定取向晶面扩展,并造成颗粒相变形产生;撕裂棱是裂纹扩展至两个以一定角度相交的第二相时,扩展方向发生较大改变产生。

稀土Ce变质对ZL101合金铸态组织和性能的影响

研究了稀土Ce对ZL101合金的变质作用。结果表明,在两种变质温度690℃和750℃下,合金的显微组织和力学性能都有较明显的变质效果。但在690℃下变质,Ce添加量为0.1%时,组织上共晶Si由未变质的针片状变为短棒状、球状,初生α(Al)由树枝状变为等轴状,晶粒显著细化;力学性能提高幅度更大,变质效果最好,其抗拉强度为181.7MPa、屈服强度为109.36 MPa、伸长率为4.38%,比未变质时分别提高17.35%、22.12%、15.26%。

真空熔铸法制备ZL101A合金工艺及性能研究

针对目前支架、机构箱等汽车用关键零部件采用传统大气条件下熔炼+砂型重力浇注工艺制备的铸件普遍存在铸造缺陷多、综合性能较差等问题,在真空中频感应炉中采用石墨坩埚熔炼+气体保护浇注+金属型凝固工艺制备了ZL101A合金铸锭,分别测试了铸态和经535℃×8 h固溶+180℃×3 h、5 h、7 h不同时效工艺T6热处理后合金的力学性能,观察了合金微观组织,并同传统大气熔铸工艺制备的合金性能和微观组织进行了对比。结果表明:采用真空熔铸法制备的合金铸态条件下硬度为HB68.5,抗拉强度和伸长率分别为178 MPa和4.7%,较之大气熔铸工艺制备的合金硬度提高了2.1%,抗拉强度和伸长率分别提高了9.2%和14.6%;经535℃×8 h固溶+180℃×3 h时效处理后,硬度达到HB117,抗拉强度和伸长率分别达到329 MPa和8.5%;铸态合金中初生相α-Al比例较高,共晶相含量较低,Si主要以灰色骨骼状分布在共晶相中。在试验条件下,该工艺制备的合金综合性能优良。

SiC_p/ZL101基复合材料的界面与性能

以体积比为7:3的比例混合粒径分别为75和15μm两种尺寸的SiC颗粒,将其分别在1 200℃高温烧结2、4、6、8和10 h后采用气压浸渗法制备SiC体积分数为70%的SiCp/ZL101基复合材料,研究预制件高温烧结后复合材料的界面,讨论氧化以及界面反应对复合材料抗弯强度和导热性能的影响,并利用实验热导率反算实际界面传热系数。结果表明:双尺寸的SiC颗粒在Al合金基体中分布均匀;SiC预制件的氧化改变了SiC颗粒与Al合金基体之间的结合形式,从而有效提高了界面结合强度,在1 200℃氧化4 h,其抗弯强度和热导率均达到最高,分别为422 MPa和195 W/(m.K)。实际界面传热系数与复合材料热导率变化一致。此外,氧化钝化了SiC颗粒,其形貌的变化使得颗粒周围基体中的应力集中现象大大减少,提高了复合材料的抗弯强度,但是氧化时间过长的界面却不利于载荷的传递和基体的形变约束。