Sr含量对Al-Si合金显微组织和热导率的影响

以纯铝、Al-20Si和Al-10Sr中间合金为原料,Sr为变质剂(含量为0.01%、0.02%、0.04%和0.06%,质量分数),制备了Al-7Si-xSr、Al-12Si-xSr和Al-20Si-xSr合金,研究了Sr含量对Al-Si合金相变储热材料显微组织及热导率的影响。利用Hot Disk热常数分析仪测量合金的热导率,通过扫描电镜观察及分析合金的显微组织。结果表明:在Al-Si合金中添加变质元素Sr会影响合金的热导率,Al-7Si-0.04Sr合金热导率较Al-7Si合金增加了73.47 W·m^(-1)·K^(-1),Al-20Si-0.04Sr合金的热导率较Al-20Si合金增加了24.09 W·m^(-1)·K^(-1),Al-12Si-0.04Sr合金的热导率较Al-12Si合金增加了17.79 W·m^(-1)·K^(-1)。铝硅合金热导率的增长主要与α(Al)、共晶硅和初晶硅的形貌有关。经过Sr变质之后,Al-7Si合金中共晶Si立体形貌均由片层状转变为珊瑚状,Al-12Si和Al-20Si合金中共晶Si立体形貌由片层状转变为枝条状;其中,Al-7Si合金中α(Al)尺寸明显减少、排列紧密,二次枝晶臂间距逐渐减小;Al-20Si合金中的初晶Si尺寸明显减小,其形貌由多角的大块状变为小块状;α(Al)形态的转变不仅能够为自由电子的传输提供快速通道,而且还会使得共晶Si的排列更加规则,减少自由电子发生散射的几率,对合金的热导率影响较大。共晶Si由片层状转变为珊瑚状或枝条状,增加电子的平均自由程,有利于电子的传输。Al-20Si合金的热导率与初晶Si的形态有着重要联系,大尺寸且形状完整的初晶Si会发生晶格振动,会提高合金的热导率。

高强铝合金PVPPAW焊接参数优化与性能分析

对10 mm厚7075铝合金板材进行脉冲变极性等离子弧焊,研究了焊接电流和离子气流量的变化对焊缝成形系数的影响规律,确定了较优的焊接参数并获得了成形良好的焊缝,对该焊接接头力学性能进行分析.结果表明,焊缝成形系数随着焊接电流的增大先减小后增大,随着离子气流量增大逐渐减小,较佳的焊缝成形系数区间为1.1~1.3,焊接电流比离子气流量对焊缝成形的影响更大.当脉冲焊接电流为250 A/290 A,离子气流量为2.0 L/min时焊缝形貌较佳,接头焊缝区为树枝状晶,焊缝处的抗拉强度为397.9 MPa,约为母材的67.5%,焊缝的性能较好.

7075铝合金脉冲变极性等离子弧焊接头的双级时效行为

通过力学性能、电导率测试和TEM分析,对10 mm厚7075铝合金脉冲变极性等离子弧焊(pulse variable polarity plasma arc welding,PVPPAW)接头的双级时效行为特征进行研究,并确定了较为合理的双级时效工艺。结果表明:7075铝合金PVPPAW接头的抗拉强度随着终时效温度的升高和终时效时间的延长先增大后减小。经160℃,12 h终时效处理后的接头抗拉强度为545.1 MPa,比焊态时提高了37%。此时接头的电导率为27.9%IACS,抗应力腐蚀性能有所提高。焊缝中心主要强化相为η′相和η相,随着终时效温度的升高和终时效时间的延长,晶内与晶界的析出相逐渐长大和粗化,晶界的无沉淀析出带变宽。

镁合金微弧氧化层上低温化学镀镍研究

研究了在镁合金微弧氧化陶瓷层上进行低温化学镀镍的工艺,并对镀层的成分、结构和耐蚀耐磨性能进行了分析。实验确定,在40℃左右对陶瓷层进行有效化学镀镍的镀液配方为:NiSO4.6H2O 40g/L,NaH2PO2.H2O 40g/L,(CH2CH2OH)310mL/L,C6H8O7.H2O 7.5g/L,NH4HF 20g/L,用NH3.H2O调节pH值保持在9.5左右。采用上述镀液在40℃施镀,得到的镀镍层为低磷微晶结构,与陶瓷层结合紧密且对陶瓷层有封孔作用,耐蚀和耐磨性能良好。

基于PSO-OSSART算法的非轴对称电弧发射系数重建质量评价

针对有序子集-联合重建算法(ordered subsets-simultaneous algebraic reconstruction technique, OSSART)重建参数选取主观性强的不足,提出以重建区域误差最小为适应度的随机优化粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)来获取最佳重建参数,并对非轴对称电弧发射系数稀疏角度重建质量进行评价.结果表明,与最大似然函数-期望值最大化算法相比,基于粒子群的OSSART算法不仅能够在大投射角度间隔条件下使重建误差明显降低,而且具有更强的边缘保持能力,能够有效提高电弧中心区域的重建质量.采用OSSART算法,应在180°范围内至少等间距采集6次特征谱线投影,才能保证变极性等离子-熔化极气体保护复合焊(variable polarity plasma arc-metal inert gas, VPPA-MIG复合焊)电弧发射系数场的重建质量.试验结果为非轴对称电弧可靠光谱诊断提供理论依据.

变极性等离子弧焊接电弧光谱数据的预处理算法

采用高速摄像机加装带通滤波片的方式获取了变极性等离子电弧的特征谱线,通过预处理算法滤除光谱数据中的噪声信号,获得了变极性等离子弧正反极性期间的温度分布.采用电弧边缘检测和中值滤波算法可以有效滤除电弧特征谱线中的背景噪声和椒盐噪声.光谱诊断结果表明,正反极性期间电弧中心最高温度相差不大.正极性期间由于钨极发射电子能力强,使得电弧同一温度等温线区域更为扩展.试验结果为变极性等离子弧产热机理的研究提供理论依据.

两旋轮旋压首道次压下率对轮毂旋压成形的影响

针对低压铸造A356铝合金轮毂的两旋轮旋压成形特点,通过旋压成形数值模拟及实验分析了在两旋轮旋压工艺下首道次压下率对轮辋壁厚均匀性、坯料隆起高度、旋轮所受压力以及轮辋微观组织与力学性能的影响。结果表明,当首道次压下率为40%时,轮辋壁厚较均匀,成形质量较好,坯料隆起高度较小,材料贴模性较好,两个旋轮所受压力较稳定,沿轮辋厚度方向变形较大且均匀,且轮辋内外侧材料的力学性能比较接近。因此,在铝合金轮毂两旋轮旋压成形时首道次压下率为40%比较合适。

7A52铝合金Johnson-Cook本构模型的改进及有限元模拟

为探究7A52铝合金的流动应力变化规律,在Gleeble热模拟试验和常温准静态拉伸试验数据基础上,建立Johnson-Cook本构模型,并对其进行了适当的修正;利用有限元软件AQAQUS模拟了7A52铝合金在不同温度、不同应变率下的拉伸试验.结果表明:7A52铝合金的流动应力随应变、应变率和温度的变化而变化,高温流动应力随应变率的增大而增大;温度对流动应力的影响较大,随着温度的升高,流动应力按照一定的规律显著变小;基于试验结果建立7A52铝合金的改进Johnson-Cook本构方程,并将其作为数值分析的输入数据来模拟准静态拉伸试验和不同温度、不同应变率条件下的拉伸试验,数值模拟与试验结果吻合较好,证明该模型能够在一定温度和应变率范围内预测7A52铝合金的流动应力.

6061铝合金管件磁脉冲冲击介质胀形变形规律研究

以6061铝合金管件为研究对象,利用ANSYS仿真软件,建立了电磁场、变形场有限元模型,针对管件胀形高度变化、壁厚减薄、应力应变分布、变形均匀性等变形规律进行了分析研究。研究发现,磁脉冲冲击介质胀形可有效改善传统管件磁脉冲胀形存在的严重壁厚减薄、轴向变形不均匀性等问题,使变形轮廓增大,均匀变形长度增加。成形中管件胀形高度与放电能量呈线性关系。介质高度一定时,随着放电能量增加,变形均匀性变化较小。介质高度随管件变形量增加而增加,合适的介质高度可提高管件的变形均匀性、改善圆角处贴模和避免介质失效。

基于Gleeble热模拟的7A52铝合金应力-应变试验研究

为了探究7A52铝合金不同加载条件下的应力-应变性能,对其进行了常温下的准静态拉伸试验和Gleeble热模拟拉伸试验。结果表明:7A52铝合金的温度对流动应力的影响较大,在相同拉伸应变率条件下,随着温度的升高,相同应变值对应的流动应力会显著变小;相同温度条件下,相同应变值对应的流动应力随应变率的增大而有所增加;随着温度的升高,7A52铝合金的弹性模量和屈服强度均呈明显降低的趋势。

冲击装置对磁脉冲冲击介质成形的影响

针对冲击装置结构,探究底部直径、台阶直径、锥体底角等参数变化对其几何结构的影响。利用有限元仿真方法,考虑材料高应变速率和介质超弹性本构关系,建立磁场和变形场模型,分析冲击装置的结构参数对成形高度、应变速率和冲击速度的影响。结果表明:随底部直径减小,板材的成形高度和冲击装置的冲击速度增加,无台阶与小台阶下的成形高度接近,板材中心第1个应变速率峰值增加;台阶直径减小,更有利于提高冲击装置的冲击速度,提升成形高度;底部直径一定时,板材的成形高度随着锥体底角的减小趋于增加;底部直径减小到一定程度时,锥体底角对成形高度的影响不明显。

喷射沉积Al-Zn-Mg-Cu合金双级时效态试样裂纹扩展的原位电镜观察

通常在进行材料断裂机制研究时,是在非应力状态下对试样进行观察。因此,只能获得材料变形过程中的部分塑性形变信息,而不能获得弹性变形信息。缺少了材料在裂纹扩展过程中晶界、未溶解第二相和沉淀相与裂纹尖端作用方式等重要信息。扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)原位拉伸试验能够分别在微米和纳米尺度对合金裂纹的萌生及扩展过程进行多尺度观察,解决了常规材料断裂机理研究中遇到的裂纹扩展过程难以捕捉的问题。本实验利用SEM,TEM以及配套的原位拉伸设备,对双级时效态(120℃/14 h+160℃/16 h)Al-Zn-Mg-Cu合金进行了裂纹扩展的原位电镜研究。研究结果表明:在SEM原位拉伸过程中,当相邻晶粒的取向差较小时,裂纹易穿晶扩展,当相邻晶粒间的取向差较大时,裂纹易沿晶扩展。在TEM原位拉伸过程中,裂纹尖端附近会产生无位错区(DFZ),且裂纹尖端处的晶格发生了倾转和畸变。双级时效态实验合金的抗拉强度为672.4 MPa,屈服强度为635.7 MPa,断裂方式为混合(穿晶+沿晶)断裂。

原位颗粒对6063铝合金微观组织和耐磨性的影响机理

以CuO-Al作为反应体系,在6063铝合金中原位反应生成Al_(2)O_(3)颗粒,制备6063Al-xAl_(2)O_(3)(x=0,2,4,6,质量分数,%)复合材料。研究原位反应颗粒Al_(2)O_(3)的形状、尺寸、数量、分布、界面特征等对合金微观组织和耐磨性的影响机理,并且分析了6063铝合金自带的原位结晶颗粒Mg2Si对耐磨性的影响机理。结果表明,在6063铝合金中原位反应生成尺寸在亚微米级的近球形θ-Al_(2)O_(3)颗粒;其(311)晶面与6063铝合金基体(111)晶面成共格界面;6063铝合金中Mg2Si尺寸大约为100 nm,呈条带状,其(022)与Al基体(111)晶面属于共格界面。随着Al_(2)O_(3)颗粒含量的增加,6063铝基复合材料的晶粒组织形貌由蔷薇状逐渐向等轴晶转变,晶粒尺寸逐渐减小。当Al_(2)O_(3)的质量分数为6%时,复合材料组织由等轴晶和细小的柱状晶组成。载荷为50 N时,6063铝合金的磨损量为6.72 mg,6063-6Al_(2)O_(3)复合材料的磨损量为1.63 mg,相对于6063铝合金降低75.7%。原位颗粒(Al_(2)O_(3)+Mg2Si)与铝基体都成共格界面,界面之间无污染,界面结合强度高,在磨损过程中,不易从基体中脱落,承担磨损过程中的大部分载荷。原位生成高硬度的Al_(2)O_(3)颗粒与原位结晶颗粒Mg2Si协同作用共同提高复合材料的耐磨性。外加载荷为40 N时,随着增强相质量分数的增加,复合材料的磨损机制由粘着磨损转变为磨粒磨损。6063铝合金磨损机制以严重的粘着磨损为主。6063-2Al_(2)O_(3)和6063-4Al_(2)O_(3)复合材料磨损机制主要以粘着磨损为主,6063-6Al_(2)O_(3)复合材料主要表现为磨粒磨损。

轧制轧制变形对Al-Zn-Mg-Cu合金中S相破碎情况的影响

针对传统的对称轧制方式难以破碎Al-Zn-Mg-Cu合金中粗大S(Al;CuMg)相的问题,根据蛇形轧制变形区的受力特点,通过主应力法分析了变形区内受力最小区域的应力,并建立了7055铝合金在蛇形轧制过程中粗大S相变形的微观有限元模型。采用建立的有限元模型对对称轧制、异步轧制和蛇形轧制过程中7055铝合金中S相的应变进行了模拟,开展了轧制实验和对S相形貌进行观察,对有限元模型的准确性进行了验证。结果表明:微观有限元模型准确可靠;随着非对称因素的增加,板材心部S相的破碎程度增加,即蛇形轧制>异步轧制>对称轧制;蛇形轧制板材表层S相较心部的应变更大、破碎程度更严重。