“含颗粒铝合金凝固及凝固组织分析”实验项目建设探究

铝合金是目前应用最为广泛的一类有色合金。通过超声辅助液相复合法将颗粒与铝合金复合可进一步提升其力学性能。在材料科学与工程专业实验课程教学中引入“含颗粒铝合金凝固及凝固组织分析”实验,帮助学生理解颗粒对铝合金凝固过程及凝固组织的影响机理,便于学生进一步理解凝固中的形核与组织细化等核心问题。

Mn对铸态及均匀化态6082铝合金组织的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、差示扫描量热法(DSC)和电导率测试仪等研究了Mn含量分别为0.7 mass%和0.5 mass%(分别命名为07Mn合金和05Mn合金)的6082铝合金铸态、均匀化态组织及析出行为。结果表明:铸态07Mn合金组织中形成了更粗大的鱼骨状结晶相,均匀化退火后,晶界处难溶结晶相转化为了微米级α-Al(Mn, Fe)Si相,并在晶内析出了纳米级的α-Al(Mn, Fe)Si相。07Mn合金中α-Al(Mn, Fe)Si相的析出激活能更低,从而析出了数量更多、尺寸更小的α-Al(Mn, Fe)Si相。通过电导率计算,确认了Mn元素会促进合金中α-Al(Mn, Fe)Si相的形核。

5083铝合金与304不锈钢异种材料涡流搅拌摩擦搭接焊工艺研究

为解决铝/钢常规搅拌摩擦焊中搅拌头的磨损和断裂问题,对5083铝合金和304不锈钢进行涡流搅拌摩擦搭接焊工艺试验。通过焊缝表面形貌、接头力学性能和横截面界面组织分析,研究倾角、转速和焊速对涡流搅拌摩擦搭接焊接头质量的影响规律。结果表明:在低转速和低焊速条件下,获得了较好的焊缝表面成形;在转速不变的条件下,随着焊速的提高,界面可承受的拉剪载荷逐渐降低;在焊速不变的条件下,随着转速的提高,界面可承受拉剪载荷先略微增大后减小并维持稳定;搅拌工具以2.5°倾角进行涡流搅拌摩擦焊接时,相较于无倾角条件,可以获得更大的焊缝成形工艺参数窗口和更好的冶金结合强度;5083铝合金和304不锈钢界面结合的主要方式为Al原子向不锈钢中扩散,低转速-低焊速组合下形成的扩散层相对更厚。

基于有限元的全铝车身客车结构强度和刚度分析

应用ANSYS分析全铝车身客车在弯曲工况、制动工况以及转向工况下的结构强度和刚度。结果表明,该全铝车身客车满足结构强度和刚度的设计要求,可为客车车身轻量化提供可靠依据。

TiB_(2)颗粒增强6061铝合金的组织及力学性能

TiB_(2)颗粒对铝合金有良好的强化作用。通过超声辅助重熔稀释法制备TiB_(2)/6061复合材料,研究了TiB_(2)颗粒对铸态及挤压T6热处理态6061铝合金的微观组织及力学性能的影响。研究结果表明:添加2wt%TiB2颗粒后,铸态平均晶粒尺寸从未添加TiB_(2)的355.7μm细化至117.5μm;TiB_(2)颗粒可以促进再结晶过程中的形核,并抑制晶粒长大;挤压热处理态TiB_(2)/6061复合材料的屈服强度为330 MPa、抗拉强度为385 MPa,相比未添加TiB_(2)的合金分别提高了11.8%和7.0%,其主要强化方式为热错配强化和Orowan强化。

形变退火工艺对2024铝合金性能的影响

采用正交试验法研究了形变量、预回复温度、预回复时间、退火温度和退火时间5个因素对2024铝合金力学性能和腐蚀性能的影响。结果表明:各因素对材料性能的影响显著,其中对力学性能影响最大的因素为退火温度,对腐蚀性能影响最大和最小的因素分别为形变量和退火时间。通过正交优化得到的最佳形变退火工艺如下:形变量为80%,且在220℃温度下预回复120 min,320℃温度下退火10 min,此工艺下获得的合金具较好综合性能,样品显微硬度、抗拉强度、屈服强度、延伸率、腐蚀深度、R_(p)和I_(corr)分别为74.49 HV、217.17 MPa、185.84 MPa、13.53%、55.4μm、3885.6Ω·cm^(-2)和9.42E-06A·cm^(-2)。

CVD多层膜技术在铝型材挤压模具延寿中的应用现状

铝型材挤压模具的寿命对于型材加工企业的成本控制至关重要。简要说明了目前模具市场对于延寿技术的需求及商业延寿技术,介绍了CVD多层膜技术的应用概况。详细分析了CVD多层膜技术存在的问题以及钢基体CVD多层膜技术研究,总结了CVD多层膜技术在铝型材挤压模具延寿研究中的技术难点,提出了铝型材挤压模具延寿CVD多层膜技术的研发方向。

激光热处理对T74态7B04铝合金板材性能的影响

为了探究T74态7B04铝合金经过激光热处理后的性能变化,对1.5 mm厚T74态7B04铝合金板材进行了不同温度下的激光热处理,并对激光热处理后的T74态7B04铝合金试件进行了单向拉伸试验和断口形貌观测。试验结果表明:与原始T74态7B04铝合金相比,激光热处理后T74态7B04铝合金断后伸长率显著提高且强度下降较小。当激光热处理功率为884 W,对应热处理温度为540℃时,T74态7B04铝合金试件的断后伸长率提高了110.91%,抗拉强度和屈服强度分别下降了11.48%和5.9%;断口观测结果表明激光热处理后的材料韧窝增多且加深,且激光热处理前后均属于韧性断裂,与单向拉伸试验结果一致,说明激光热处理在有效增强T74态7B04铝合金的塑性的同时,使得合金的强度有所保持。

快速凝固/粉末冶金技术制备挤压态AZ91合金热加工性能研究

对快速凝固粉末冶金制备的挤压AZ91镁合金,在温度为250—400℃、应变速率范围为0.01—1 s^(-1)下进行了热压缩变形试验。同时,利用热加工图分析评价了合金的热加工特性。结果表明:合金的流变应力,随变形温度的升高或应变速率的减小而减小;同时,基于双曲正弦关系建立了描述流变应力行为的本构方程,RS/PM制备的AZ91挤压合金的热变形机制为晶格扩散控制的位错蠕变;通过微观组织验证了动态再结晶和流变失稳行为,当温度高于350℃、应变速率在0.01—0.1 s^(-1)时,合金的可加工性最佳。

6061铝合金储氢气瓶疲劳断口分析

6061铝合金储氢气瓶在批量应用前的疲劳试验中发生失效断裂。本试验通过宏微观形貌观察,对该疲劳失效断口进行深入分析,并提出了具体的改进措施。结果表明,裂纹萌生于气瓶的自由表面或粗晶相位置,且加工过程中的压入物加速了试件的断裂过程。在旋压工序增加清洁生产措施,做好表面检查与防护措施,提高了6061铝合金的使用寿命。

7A04铝合金球铰失效分析

7A04铝合金球铰在疲劳试验过程中发生断裂失效。通过对失效件断口的宏微观形貌观察、能谱分析以及有限元模拟计算等,分析了7A04铝合金球铰疲劳裂纹形成原因及其失效机制。结果表明,疲劳裂纹萌生于气孔、氧化夹杂物等冶金缺陷位置,并在后续起桥接连通作用进一步加速裂纹扩展,造成试件断裂失效。

激光焊速率对6061铝合金接头组织与性能的影响

选择ER4047填充焊丝对6061铝合金板材进行激光焊接试验,并研究三种激光焊接速率(2 m/min、3 m/min、4 m/min)对接头焊缝成形质量、微观组织及其力学性能的影响。结果表明,焊接速率为3 m/min时焊缝背宽比接近于1,接头成形质量和力学性能最佳。焊缝组织主要由等轴晶和具有{001}<100>强织构的柱状晶所构成,且柱状晶对接头组织的伸长率有一定的积极贡献。

挤压速度对6082铝合金管材显微组织和力学性能的影响

挤压速度不仅决定着生产效率,而且对挤压制品的显微组织和力学性能有着很大的影响。本试验探讨了不同挤压速度对6082铝合金管材显微组织和力学性能的影响。结果表明:挤压过程中坯料和模具的摩擦促进动态再结晶的发生;提高挤压速度,再结晶晶粒尺寸变大、再结晶面积增大;随着挤压速度的升高,管材的屈服强度和抗拉强度先降低后逐渐升高;当挤压温度为450℃、挤压速度为10 mm/s时,6082铝合金管材的力学性能最好。

铝合金电池包箱体强度刚度分析

针对铝合金在汽车轻量化中的应用优势,从材料选型的角度对电池包箱体进行优化,结构件均采用铝合金件,在保证整体结构的同时,大大减轻了电池包的质量,满足国家对乘用车轻量化的要求。采用有限元法对新能源电动汽车铝制电池包箱体进行结构强度及弯曲刚度分析,获得电池包箱体在6种典型工况下的应力分布和位移情况。结果表明,6种典型工况下电池包箱体的结构均满足强度性能要求,每个安装点的弯曲刚度也符合设计要求,为电池包结构的进一步设计和开发提供参考。

添加第三组元调控Al-Bi偏晶合金凝固组织研究进展

Al-Bi偏晶合金熔体冷却过程中由均一的液相经液-液相转变为两互不混溶的液相,在常规重力铸造条件下极易形成宏观偏析严重的凝固组织,极大限制其工业应用,因此有必要对Al-Bi偏晶合金凝固组织进行有效调控(细化和均匀化)。近年来,研究者对如何改善Al-Bi等偏晶合金偏析组织开展了大量研究,如快速凝固、施加外场和添加第三组元等,其中添加第三组元最有可能实现其低成本/规模化制备。基于此,本文主要综述了Al-Bi偏晶合金添加第三组元(合金元素、Al-(Ti)-(B)体系、陶瓷颗粒)的相关研究进展,其中添加含陶瓷颗粒的第三组元能够有效细化和均匀化富Bi相,获得弥散型Al-Bi基偏晶合金,该研究对于实现其大规模工业应用具有重大意义。

基于拓扑优化的挤压铸造转向节轻量化研究

为了实现汽车车身的轻量化,建立铝合金转向节最大实体模型,运用SIMP插值模型进行多工况拓扑优化,并结合挤压铸造成形要求完成了铝合金转向节的结构优化。研究表明,各工况下转向节所受到的最大应力远小于屈服极限,并且质量较球墨铸铁减少60.9%。经T6热处理后,转向节本体取样的平均抗拉强度为311.03 MPa,屈服强度为252.13 MPa,伸长率为7.45%,力学性能均大于产品的规定值,满足产品性能要求。

铝合金斜头管挤压铸造工艺研究

为了实现车身轻量化,同时使斜头管兼具良好的成形性能和优异的力学性能,研究了铝合金斜头管的挤压铸造成形工艺。结果表明,浇注温度为710℃、三阶段压射速度分别为200、90、150 mm/s、模具温度为250℃、局部挤压延迟时间为2.5 s、局部挤压保压时间为25 s时,生产的斜头管铸件外形完好,内部无明显缺陷。对斜头管铸件进行T6热处理(固溶处理535℃×8 h,时效处理180℃×4 h),其抗拉强度为318.4 MPa,屈服强度为269.5 MPa,伸长率为12.95%,满足产品设计需求。

超轻镁锂合金强化方法的研究现状

镁锂合金作为密度最小的金属结构材料,具有高比强度和比刚度、优异的阻尼性能和电磁屏蔽性能等优点,但其绝对强度低,极大限制了其在实际工程中的规模化应用。对近年来镁锂合金的合金化强化、变形加工强化、热处理强化以及复合强化等强化方法的研究现状进行了总结,并给出了未来镁锂合金强化方法的研究方向。

TiB_(2)颗粒增强A356复合材料的组织及力学性能研究

采用超声辅助熔盐反应法制备Al-10TiB_(2)中间合金,以此为母材通过超声辅助重熔稀释法制备出组织均匀且具有较高强度的5%TiB_(2)/A356复合材料,并对其微观组织和力学性能进行研究。结果表明,复合材料组织均匀且无杂质盐残留。加入5%的TiB_(2)颗粒能够细化晶粒,α-Al平均晶粒尺寸从250μm细化为190μm,降低了24%。铸态复合材料的屈服强度和抗拉强度分别为124 MPa和175 MPa,相比于A356基体提高了12.7%和6.1%。热处理态复合材料的屈服强度和抗拉强度分别为250 MPa和290 MPa,相比于A356基体提高了19.0%和13.7%。

利用激光局部硬化效应提高2B06铝合金板材拉深成形性研究

针对2B06铝合金复杂零件成形困难问题,提出了利用激光热处理局部硬化提高板材成形性的思路。在通过激光热处理试验研究了铝合金板的激光硬化效应的基础上,采用数值模拟计算了铝合金板激光热处理过程中激光光斑路径和其周边热影响区域的峰值温度场,并通过实际测温验证了其准确性。提出并构建了耦合性能梯度的差性坯料模型,对激光局部硬化的杯形件拉深成形性进行了模拟和试验研究。结果表明,激光扫描方式可以形成稳定的梯度温度场并对周边非加热区影响较小,且可以通过多道次扫描方式设计不同宽度范围的大梯度差性板材坯料。力学性能试验表明激光热处理可以有效地提高铝合金的局部加工硬化能力,这种效应可以有效抑制杯形件拉深时圆角大变形区的减薄,从而提升了板材的拉深性能。在上述基础上,将激光局部热处理用于2B06铝合金航空复杂口框零件的成形,通过设计激光处理路径和参数,获得合理的局部硬化区域,可有效地避免在加强筋处出现过度减薄导致的破裂,大大提高复杂零件的成形性。