搅拌摩擦加工制备铝基复合材料的组织和力学性能

采用搅拌摩擦加工方法制备铝基SiC复合材料,研究SiC颗粒在复合材料中的分布均匀性问题,并对复合材料的力学性能及断口形貌进行分析.结果表明:1、2、3道次加工后SiC颗粒在复合材料中出现漩涡状和带状团聚现象;经4道次搅拌摩擦加工后复合层中SiC颗粒均匀弥散分布在基体金属中,复合层组织发生明显细化;添加SiC颗粒4道次加工后复合材料显微硬度提高,抗拉强度降低.搅拌摩擦区的显微硬度平均值为68HV,为基体金属显微硬度(45HV)的1.5倍;抗拉强度降低为176MPa,为基体金属的81%;复合材料拉伸试样总体表现为韧性断裂,断裂机制包含韧性断裂以及SiC颗粒与基体结合界面的撕裂.     

多道次搅拌摩擦加工对5083-O铝合金组织性能的影响

在不同轴肩直径、搅拌头转速和搅拌头行进速度下,对27mm厚5083-O铝合金进行了多道次搅拌摩擦加工(multi passfrictionstirprocessing),搭接率为100%,共进行3道次搅拌摩擦加工.研究结果表明,加工区由细小的再结晶组织组成;随着加工道次的增加,加工区内部缺陷体积减少,晶粒进一步细化,析出相细化并均匀分布,力学性能提高,加工区最高抗拉强度可达360MPa,延伸率也优于母材;其中,第二道次加工对材料组织和性能的影响最为明显.     

搅拌摩擦加工IF钢的组织性能

对3 mm厚的DC04冷轧IF钢板进行搅拌摩擦加工,研究加工区域的微观组织与力学性能. 在旋转速度为950 r· min-1 ,加工速度为60 mm·min-1时,采用加工后强制冷却技术可获得光滑平整且没有缺陷的加工表面. 搅拌摩擦加工后组织显著细化,加工中心的平均显微硬度约为HV 135. 6,是母材硬度的1. 4倍,表面细晶层硬度最高可达到HV 312. 8,细晶层和过渡层的抗拉强度分别比母材的抗拉强度提高50. 9%和47. 6%,加工前后试样的拉伸断口均呈微孔聚合韧性断裂特征. 细晶强化对材料抗拉强度的提高起主要作用.     

PCBN刀具主偏角对铝合金材料表面的影响

用PCBN(polycrystalline cubic boron nitride)刀具以90°刀尖角车削7050-T7451铝合金圆棒,探讨了刀具主偏角对铝合金材料表面完整性、表层微观晶粒组织和残余应力的影响.实验结果表明:以60°主偏角加工时,铝合金材料表面的微观形貌最好,硬度值最大,且表面晶粒组织致密,颗粒大小均匀;当主偏角过大时,铝合金材料表面的塑性变形大,易出现大面积的撕裂现象,而主偏角过小,则易引起刀具振动,使积屑瘤脱落,铝合金材料表面易形成"鳞刺";主偏角为75°,85°时,后刀面与已加工试件表面间的摩擦加剧,表面散热条件变差,有轻微退火软化现象,导致铝合金材料表面硬度略有减小;随主偏角增大,已加工铝合金材料表面压应力减小,且减小趋势增大.     

电流对铝合金激光填丝焊接接头组织及性能影响研究

采用激光填丝焊接技术对3 mm厚的6061铝合金进行搭接叠焊,通过送丝系统对焊丝加入直流电流,研究加入电流后焊接接头成形质量及影响机制,分析焊接接头显微组织以及力学性能。结果表明,加入电流后,熔池内产生电磁场,在洛伦兹力作用下形成熔体对流,形成电磁搅拌。随着电流的增大,焊缝表面成形光滑,焊缝熔深增加;焊缝组织在电磁搅拌作用下,晶粒细化,析出Mg₂Si相;加入电流后熔池稳定性增加,焊缝组织成分均匀化,焊缝区维氏硬度趋于稳定;焊接接头抗拉强度和塑性随着电流的增大均提高。电流为150 A时,焊接接头的抗拉强度为304.68 MPa,伸长率为8.77%。     

厚板搅拌摩擦焊接头的组织与性能

针对厚度为30mm的1060铝合金板材搅拌摩擦焊对焊连接,采用在试板上加工盲孔的方法减少了焊接时大量的飞边.分析了焊缝的组织与力学性能.结果表明:1060铝合金厚板搅拌摩擦焊焊接成形良好.沿厚度方向上的抗拉强度呈先下降后上升的趋势,热影响区与热机影响区之间金属流动性不同,存在明显的结合线,由于该区域组织存在不连续性导致应力集中,拉伸试样的断裂位置主要存在于热影响区与热机影响区的交界处.在焊接接头上部与中部的后退侧的显微硬度高于前进侧,而下部后退侧的显微硬度低于前进侧;焊缝中部的显微硬度随着厚度增大而减小得比较明显,而前进侧与后退侧的减小程度比较小.     

7022铝合金搅拌摩擦焊焊接区的组织与力学性能

以厚度为10mm的7022铝合金为对象进行搅拌摩擦焊接试验,研究了搅拌摩擦焊工艺参数对接头组织和力学性能的影响.结果表明:焊接接头具有良好的力学性能,在搅拌头转速为400r/min、焊接速度为100mm/min时,7022铝合金的搅拌摩擦焊接头抗拉强度和屈服强度分别达615MPa和533 MPa,均超过了母材;焊接接头的显微硬度略低于母材;断口形貌分析表明,7022铝合金搅拌摩擦焊接件拉伸断裂为韧性断裂.     

2219-T87超声辅助搅拌摩擦焊接头组织与性能

为了研究超声辅助对2219铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响,采用超声辅助搅拌摩擦焊方法对3mm厚2219-T87铝合金板进行对接焊试验.对接头进行微观组织分析、力学性能测试、三维应变测试、断口扫描及XRD实验分析.结果表明,在搅拌摩擦焊接过程中加入高频超声振动,焊缝抗拉强度提高了8.48%,断裂应变提高了9.25%,同时有效改善了焊接接头微观组织的上下不均匀性,增大了焊缝底部横截面尺寸,对焊缝底部缺陷有明显的抑制作用,且通过XRD试验,发现在搅拌摩擦焊过程加入超声后,由于焊接温度的下降,使得强化相θ″相与θ′相长大聚集程度下降,同时粗大的θ相粒子聚集程度降低,使焊缝综合力学性能得到提高.     

蠕变时效对2219铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能与微观组织的影响

为了研究蠕变应力作用下的时效热处理对2219铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能与微观组织的影响,对蠕变时效与人工时效2种不同热处理工艺板材的搅拌摩擦焊接进行对比实验.研究结果表明:相比于人工时效板材的搅拌摩擦焊(AA+FSW)接头,蠕变时效板材搅拌摩擦焊(CA+FSW)接头的显微硬度、抗拉强度和伸长率均更高;CA+FSW板材...     

焊接工艺对6082-T6铝合金FSW接头微观组织与力学性能的影响

利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、硬度和室温拉伸等方法,研究焊接工艺对厚度为5 mm的6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织与力学性能的影响。研究结果表明:在相同焊接速度下,随着搅拌针旋转速度的增加,焊核区(NZ)晶粒长大,再结晶程度提高,第二相数量增多且分布更均匀,焊核区的硬度增加;而热影响区(HAZ)晶粒长大、第二相粗化,硬度严重下降。低旋转速度时,硬度最低值位于焊核区和热机影响区(TMAZ)之间,接头硬度分布曲线呈"U"形,高旋转速度时,焊核区硬度较高,热影响区严重软化,其硬度低于焊核区,接头硬度分布曲线呈"W"形。随着旋转速度的增加,低旋转速度组FSW接头抗拉强度逐步增高,高旋转速度组FSW接头抗拉强度先增高,后降低。当旋转速度为1 400 r/min时,FSW接头抗拉强度最好,为271.63 MPa,焊接系数达到82.12%。     

超高强7055铝合金均匀化处理制度研究

对7055铝合金铸锭进行不同均匀化处理制度的模拟分析,得出最优均匀化处理参数,分析不同均匀化处理制度后7055铝合金铸锭力学性能、硬度、金相组织和电导率。研究结果表明：经过260 ℃×1 h+430 ℃×2 h+470 ℃×15 h均匀化处理制度后,7055铝合金铸锭的抗拉强度、屈服强度和硬度较低,伸长率较高,有利于后续的塑性成形加工,使得加工后合金内应力消除更彻底,组织更均匀;边部、中部组织中未溶第二相绝大部分回溶于基体,心部组织存在少量第二相,回溶更加充分,均匀化效果良好,与模拟分析结果相吻合;电导率更小,电阻率更大,即过饱和程度相对更大,均匀化效果更明显。     

开槽位置对搅拌摩擦加工制备SiCp/铝基复合材料均匀性的影响

采用搅拌摩擦加工技术(FSP)制备SiCp增强铝基复合材料,研究不同开槽位置对SiCp分布均匀性的影响.结果表明:开槽位置影响塑性金属随搅拌头的迁移流动方式,导致复合材料宏观形貌和颗粒分布均匀性存在较大差异,轴肩作用区SiCp分布较为均匀,开槽位置处含量较高,SiCp分布不对称于加工中心.对不同开槽位置(前进侧、中间、返回侧)下复合材料横截面进行成分半定量分析表明:SiCp均匀性优劣程度依次为开槽位置位于前进侧、中间、返回侧.随着加工道次增加,塑性金属变形量增加,材料流动性增强,搅拌加工区域面积增大,前进侧开槽位置3道次加工后增强相SiCp破碎细化且均匀分布.     

FSP制备碳纤维增强铝基复合材料的强韧化机理

铝合金是汽车、航空等领域轻量化过程中的重要应用材料,但铝合金强度和塑性的不足限制了其应用。为了提高5052铝合金的强度及塑性,采用多道搅拌摩擦加工的方法成功制备出碳纤维增强铝基复合材料。对复合材料的力学性能和组织形貌进行了测试和分析,结果表明:复合材料的抗拉强度相较于母材提升了18.9%,延伸率提升了19.7%。通过扫描电镜和透射电镜观察发现复合材料中碳纤维弥散分布,复合材料断口观察到韧窝内有明显的碳纤维拔出痕迹,说明复合材料的强度及塑性提升与碳纤维的弥散分布及碳纤维的载荷转移作用有关。     

拉应力对6N01铝合金蠕变时效组织与性能的影响

采用单轴蠕变拉伸试验研究6N01铝合金蠕变时效后组织与性能的变化规律,并结合金相(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)的组织分析与维氏硬度、室温拉伸的力学性能分析,研究蠕变过程中加载的拉应力对6N01铝合金组织与性能的影响。研究结果表明:在180℃/6 h的蠕变时效条件下,加载60 MPa拉应力的试样室温拉伸抗拉强度最大,为341.6 MPa;蠕变时效处理时,加载应力小于60 MPa的试样抗拉强度略比加载应力为60 MPa的试样抗拉强度低;当加载拉应力大于60 MPa时,合金抗拉强度明显下降;当加载拉应力超过60 MPa时,会引起铝基体中析出相粗化,甚至析出相的分布出现应力位向效应,导致合金性能各向异性严重,综合性能变差。     

微量Yb对Al-Zn-Mg-Cu-Zr超高强铝合金的强韧化作用

通过拉伸性能和断裂韧性测试、扫描电镜断口分析、金相和透射电镜观察,研究添加微量Yb对Al-Zn-Mg-Cu-Zr超高强铝合金(7A60合金)的显微组织和力学性能的影响;根据合金的显微组织特征,分析添加微量Yb对合金强韧化的作用机理.研究结果表明:在7A60合金中添加0.3%Yb后,形成的含Yb共格弥散相,基体保持形变回复组织,基体晶内未形成明显的亚晶组织,抑制了基体再结晶;与7A60合金相比,添加0.3%Yb的合金拉伸断裂时沿晶界和亚晶界分布的二次裂纹明显减少,沿晶界断裂抗力提高;抗拉强度%从710 MPa提高至747 MPa,屈服强度σ0.2从684 MPa提高至726 MPa,断裂韧性KIC从21.6 MN/m3/2提高至29.3 MN/m3/2.     

稀土Ho对Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金显微组织和力学性能的影响

[目的]为了提高Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的综合性能,研究了稀土钬(Ho)对Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金显微组织及力学性能的影响。[方法]采用金相显微镜、扫描电镜观察、能谱仪和拉伸试验等方法对稀土钬(Ho)改性Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金显微组织和力学性能进行了研究。[结果]加入Ho能够细化基体组织、净化晶界,使呈网状连续分布的晶界变为断续的岛状和鱼骨状;当稀土Ho的含量为0.5%时,晶粒达到最小最细状态,且合金熔铸缺陷明显减少,合金的抗拉强度为244 MPa,伸长率为2.92%,韧性达到最大值;随着Ho含量的增加,合金中生成了一种新相Al_3Ho,该相较软,析出在晶界,从而降低了合金的硬度。[结论]加入适量稀土元素Ho可以有效细化Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的组织,显著提高合金的塑性及韧性,但硬度下降。     

电磁搅拌对过共晶Al-Si合金组织的影响

针对高硅耐磨铝合金第二相粗大．严重割裂基体．削弱材料的力学性能的问题．采用电磁搅拌工艺细化Al-Si-Fe合金组织。结果表明在电磁搅拌过程中,随着电磁搅拌励磁电压的增加．先共晶相—初晶Si和β-Al5SiFe相尺寸减小．尖角逐渐消失,变得圆整化;同时随着电磁搅拌励磁电压的增加,共晶Si数量增加,发生破碎尺寸减小．逐渐变为粒状;而且随着电磁搅拌励磁电压的增加,合金宏观晶粒尺寸变小。     

不等厚铝合金板材搅拌摩擦铆焊塑性连接机理研究

为了克服传统铝合金点连接技术存在裂纹、气孔、成形力大和气密性差等不足,实现铝合金板材的高性能点连接,提出了搅拌摩擦铆焊塑性连接新工艺原理,通过理论分析和试验研究,针对不等厚铝合金板材论证了新工艺原理的可行性。首先研究了铝合金板材搅拌摩擦铆焊工艺过程中材料流动行为和温度场分布,重点讨论了转速和持续加热时间对温度变化的影响规律,然后通过控制铆焊热输入量进行了工艺参数优化,并开展了螺纹铆钉式搅拌摩擦铆焊试验研究,最后验证了连接样件横截面材料组织分区与温度场分布的一致性,确定了该工艺的塑性连接机理。结果表明:转速和持续加热时间是影响搅拌摩擦铆焊接头力学性能的关键因素;3mm和4mm厚6061-T6铝合金板材搅拌摩擦铆焊的最优转速范围为1 000～1 400r·min-1,持续加热时间为3～15s;上下板材之间形成冶金结合,塑化材料与螺纹铆钉之间形成机械结合。因此,铝合金板材搅拌摩擦铆焊塑性连接机理符合预期,该新工艺原理有效可行。     

时效热处理对波纹管Inconel 718材料性能的影响

通过金相显微镜、透射电镜对厚度为 0 .1 2 mm Inconel71 8材料相组织、位错、二次相析出进行分析和力学性能实验 ,结果表明 ,固溶冷轧薄板位错密度高 ,为奥氏体组织 ,经时效热处理后在奥氏体基体上析出了弥散的强化相 ( ′相 Ni3A1 )和 ″相 (Ni3Nb) ,分布密度与时效时间有关 . ′相、 ″相的析出优先在位错区产生 ,时效处理后 ,冷轧变形的位错密度有所下降 ,析出的弥散的强化相 ′和 ″相使材料的显微硬度 HV、抗拉强度 σb、延伸率同时增加 ,合适的时效热处理工艺可以使显微硬度 HV 增加 40 %、抗拉强度σb 增加 1 8%     

搅拌摩擦加工制备SiCp/铝基复合材料增强相流动性的数值模拟

利用流体软件ANSYS-FLUENT建立三维搅拌摩擦加工的热与塑性流动模型,利用UDF编程对软件进行二次开发,模拟搅拌摩擦加工制备SiCp/铝基复合材料增强相颗粒的流动性,结果表明:搅拌摩擦主要的产热区域为搅拌头轴肩,远离搅拌头的区域温度降低,温度场关于加工中心线并不对称,前进侧的温度高于后退侧,搅拌头前部温度低于后部,温度梯度前部大于后部;模拟流场时发现塑性金属流动速度大小与温度高低有直接关系,轴肩边缘处材料的塑性流动速度最大,横截面流场呈"锅状"分布;根据搅拌摩擦加工过程建立追踪第二相粒子的DPM模型,轴肩作用区有少量增强相粒子越过中心线向后退侧分布,由于加工中心区域下部搅拌针作用较弱,增强相多分布在开槽位置处,但增强相颗粒整体分布于前进侧.