ZL114A铝合金铸件补焊工艺研究

针对ZL114A铝合金铸件产生的铸造缺陷,采用氩弧焊技术和适宜的操作方式,实现了挽救产品的目的。结果表明,该工艺过程有效保证了ZL114A铝合金铸件的补焊品质,满足了使用要求。

ZL114A铝合金铸件显微孔隙的数值模拟

本文对ZL114A铝合金中显微孔隙的形成机理进行研究 ,介绍了孔隙率与二次枝晶的测量方法 ,考察了冷却速度对显微孔隙形成的影响 ,并提出了用冷却速度作为预测力学性能的判据。

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。

热处理工艺对电弧增材制造ZL114A铝合金耐蚀性能的影响

为了研究热处理工艺对电弧增材制造ZL114A铝合金耐蚀行为的影响,采用光学显微镜和附带能谱仪的扫描电子显微镜分析了第二相的形貌及成分,并采用电化学工作站测试了铝合金的腐蚀行为.结果表明:经过固溶和时效处理后,ZL114A铝合金的组织主要由α-(Al)基体、共晶Si和Mg 2Si相组成.当在540℃固溶处理时,随着固溶时间从2 h增加到14 h,合金中共晶硅相逐渐转变为球状.经过14 h的固溶处理后,合金表现出很强的钝化能力.合金经过时效处理后,随着时效时间从4 h增加到12 h,晶内析出的共晶硅和Mg 2Si相数量逐渐增多,合金耐蚀性能降低.

一种ZL114A薄壁锥壳铸件的铸造工艺研究

某薄壁锥形壳体铸件为航空飞行器前端重要装置组件,为ZL114A高强度铝合金铸件。因产品为半封闭结构,铸造时易出现内部质量问题,为了保证产品各项指标满足要求,采用差压铸造结合计算机仿真模拟分析,开展了对该铸件的铸造工艺研究,研究过程中发现锥顶三角区域在凝固时易出现缩松缺陷,结合仿真模拟对铸件凝固成形工艺进行了浇注系统的调整、增设冷铁等改进,消除了缩松倾向,完成了生产试制。铸件内部质量满足Ⅰ类件要求,附铸试棒平均抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为364.67 MPa、306 MPa、7.5%,满足各项技术指标要求。

ZL114A和6061异种铝合金激光焊接工艺及接头显微组织和力学性能研究

针对厚5 mm的ZL114A铝合金和6061铝合金进行了激光焊接正交试验,研究了激光焊接参数对接头显微组织和力学性能的影响。结果显示,激光焊接参数对焊接接头强度影响程度大小顺序为:激光焊接功率>离焦量>焊接速度;当激光焊接功率3 kW、焊接速度16 mm/s、离焦量-3 mm时可获得较好焊接接头性能,接头平均抗拉强度为208.03 MPa,分别为ZL114A和6061铝合金抗拉强度的64.14%和65.60%;接头延伸率为5.16%,分别为ZL114A和6061铝合金延伸率的41.38%和33.70%;焊接接头拉伸断裂形式为脆-韧混合型断裂。

ZL114A铝合金电弧-激光微铸锻复合增材制造组织与力学性能研究

对ZL114A铝合金进行电弧-激光自由熔积和电弧-激光微铸锻复合增材成形实验,探究工艺条件对该铝合金的冶金缺陷、显微组织、力学性能和断口SEM形貌的影响机理。结果表明:电弧-激光微铸锻增材成形工艺能明显抑制成形过程中气孔的产生,显微组织更加细小、均匀,共晶硅在晶间弥散分布;与电弧-激光自由熔积工艺相比,熔积扫描方向、熔积增高方向的拉伸强度、塑性、布氏硬度均提高;两种工艺的试样拉伸断口形貌均为细小的等轴韧窝,但电弧-激光微铸锻工艺的拉伸断面微型气孔缺陷更少。

大型铝合金薄壁筒体铸件斜支撑筋断裂失效分析

ZL114A铝合金斜支撑筋作为航空产品用油箱内腔的重要承力部件,在经气密试验时发生断裂。为明确斜支撑筋断裂发生的原因,本文通过宏观观察、金相分析、力学性能检测、化学成分检测和断口表面形貌观察等方法对试样进行分析。结果表明:该铸件金相组织正常,无过烧现象且变质正常,同时其力学性能和化学性能均满足标准要求;断口表面形貌呈现沿晶+山形条纹特征,说明其裂纹扩展方式为沿晶扩展,断裂方式为脆性断裂;断口表面出现铸造缺陷,即尺寸不一的缩孔。结合宏观观察中看到的断裂均出现在Φ10 mm工艺孔处,可确定断裂失效发生的原因如下:工艺孔处的横截面积最小且存在一定数量的缩孔,在受力作用下此处的缩孔易引发裂纹并快速扩展,最终导致斜支撑筋发生断裂。

ZL114A铝合金舱体铸件裂纹形成原因分析

针对ZL114A舱体铸件在装配过程中出现的开裂情况,对舱体铸件的化学成分、宏观形貌、金相组织、断口形貌、厚度尺寸和力学性能进行了分析。研究结果表明,舱体铸件安装台的化学成分符合HB962-2001中的成分要求;铸件开裂处的铆钉台阶与转角根部厚度均超过3 mm,厚度尺寸符合图纸要求;铸件裂纹处的断口形貌与人工打断的断口形貌基本一致,均呈沿脆性相断裂;裂纹附近的本体力学性能与远离开裂区域的本体力学性能均符合技术指标要求,但由于裂纹附近存在少量疏松,导致该区域伸长率略低。舱体铸件开裂原因为过载开裂,主要由外力对台阶面作用力不均所引起。

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%。

大型复杂高强度ZL205A铝合金骨架铸件的研制

以大型复杂ZL205A合金骨架铸件为研制对象,介绍了大骨架铸件的研制过程。由于该铸件为承力件,其结构复杂,轮廓长又扁,非常易变形,而且外形不加工,所以保证骨架铸件冶金质量和尺寸精度难度较大。本研究从骨架铸件铸造工艺设计、型芯材料选择、热处理工艺及尺寸控制等方面进行了分析研究,并在设计铸造工艺时采用铸造数值模拟技术等先进手段,使骨架铸件实现了顺序凝固,获得了冶金质量、力学性能和尺寸精度等均达到或超过设计要求的优质骨架铸件。

高强度ZL205A铝合金壳体铸件铸造工艺要点

壳体铸件是一种高强度复杂铝铜合金砂型铸件，要求强度高，重量轻，在加工和使用过程中尺寸及形状稳定性好。该件为HB963-1990中Ⅰ类铸件，铸件中不允许存在气孔、夹渣、疏松及裂纹等铸造缺陷，而且需经X射线检测，不允许有任何偏析缺陷。

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。

混合稀土对ZL114A铝合金组织性能的影响

采用金相显微镜、SEM、EDS和差示扫描量热法等手段研究了混合稀土（60%Ce、40%La）对ZL114A铝合金组织性能的影响。结果表明：当稀土添加量（质量分数）为0.15%-0.35%时,随着稀土添加量的增加,晶粒尺寸、一次枝晶间距、二次枝晶间距减小;当稀土添加量为0.25%时,α-Al相的晶粒尺寸、一次枝晶间距、二次枝晶间距达到最低,此时抗拉强度、伸长率和显微硬度达到最高。DSC结果显示,添加稀土降低了合金的共晶点温度和α-Al的熔化温度,减小了凝固温度区间。

激光焊接ZL114A/5A06异种铝合金接头组织及性能

采用激光焊接ZL114A/5A06异种铝合金,通过参数优化以获得性能优良的焊接接头,利用光学显微镜(OM)、拉力试验机、高温疲劳试验机、SEM和EDS对接头的显微组织、力学性能和拉伸断口进行了研究。结果表明:焊缝中心区的金相组织为等轴晶;接头焊后不经热处理,抗拉强度可达到265 MPa,为母材强度的80%以上,并有很好的抗疲劳性能;断口分析显示断裂位置在ZL114A母材一侧的熔合线附近;在保证焊透的前提下,激光功率越小,晶粒越细小,接头强度越高。对框架蒙皮结构铝合金贮箱产品试验件进行了焊接,试验件达到了产品各项性能指标要求。

应变状态下ZL114A铝合金低周疲劳行为的研究

在室温应变控制下,对ZL114A铝合金进行了单轴低周疲劳试验研究和显微分析,结果表明:材料在低周载荷下,当循环应变幅值小于0.6%,材料没有表现出循环硬化现象.随着循环应变幅值的增加,材料表现出明显的循环硬化现象;且随着应变幅值的增加材料的附加强化程度增大;应变幅值的大小对ZL114A铝合金低周疲劳寿命有较大影响,随着应变幅值的增大,疲劳寿命降低明显;疲劳损伤断口表现出大量的韧窝和韧性断裂的特征.

ZL114A铝合金高应变速率下的本构模型与损伤模型

利用分离式霍普金森压杆和分离式霍普金森拉杆装置对ZL114A铝合金进行了高应变速率下的动态力学性能试验。利用最小二乘法对本构模型与损伤模型参数进行了标定。考虑应变与应变速率的耦合作用,基于原始J-C模型,提出了一种修正的本构模型。材料的真应力-真应变曲线表明,ZL114A铝合金表现出明显的应变强化与负应变速率效应,等效塑性断裂应变随应力三轴度的减小和应变速率的增加而增加。数据验证表明,修正后的J-C本构模型比原始的J-C模型预测精度更高,其最大平均绝对相对误差为2.830%,较原始的J-C模型减小了21.138%。