层状镁/铝复合板轧制工艺研究进展

镁/铝复合板具有密度小、比强度高和耐腐蚀性好等优点,广泛应用于航空航天、汽车制造等领域.轧制法是目前生产镁/铝复合板最为广泛的一种方法,该法设备简单、操作容易、成本低廉.介绍了普通轧制法、异步轧制法、爆炸+轧制法、累积叠轧法、固-液铸轧法、波-平轧制法6种轧制工艺,以及这些工艺在制备镁/铝复合板时的优缺点.波-平轧制工艺可以提高复合板的平直度,有利于板材后续加工成形.也研究了轧制温度、轧制压下率、轧制速度、轧后退火处理对镁/铝复合板力学性能的影响,镁/铝界面金属间化合物的形成因素,以及化合物层厚度对镁/铝复合板力学性能的影响.     

热加工工艺对钛-钢复合板界面力学性能和显微组织的影响

研究了热加工工艺对钛-钢复合板界面力学性能和显微组织的影响.测试了在A,B,C,D 4种温度下热轧复合板界面的力学性能,用金相显微镜及扫描电镜观察了界面显微组织并分析了界面的成分.结果表明,在A,B 2种温度下轧制的钛-钢复合板界面机械性能良好,延伸率高,其剪切强度不但可保持坯料原有的水平,甚至还略有增加.在C,D 2种温度下轧制的钛-钢复合板界面机械性能相对较低,延伸率较高,但剪切强度要比爆炸复合坯料低,尤其是D加热温度,轧制后界面剪切强度急剧下降.热轧的终轧温度也是影响钛-钢复合板界面结合性能的重要因素.在低于相转变温度的合适温区热轧,且终轧温度合适,获得的钛-钢复合板结合界面无爆炸波纹,没有污染,生产的脆性化合物极细小,组织类同于钛材完全退火的等轴组织.     

异步轧制对钢/铝复合板组织与性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜及材料拉伸试验机等研究了异步轧制工艺制备的钢/铝复合板的组织与性能,探讨了异步速比对复合板界面剪切强度的影响。结果表明,异步轧制工艺可在30%的临界压下率下实现钢/铝的有效初结合,板材的初结合强度高于同步轧制样品。复合板的界面剪切强度随异步速比的增加先增大后减小,最佳的异步速比为1.2～1.25。异步轧制过程可实现钢基体粗大柱状晶的破碎与晶粒细化,轧后的复合板在450℃退火1h后即可以使钢基体获得理想的软化效果,克服了同步轧制样品在温度超过500℃退火时界面易生成脆性金属间化合物的难题。复合板的反复弯曲次数可达10次。     

高性能钛/铝复合板的关键制备技术

目的 研究TA2纯钛/6061铝合金复合界面的微观组织和力学性能,以及热处理对复合板组织和力学性能的影响.方法 在1×10-2 Pa高真空度下,对钛/铝复合坯进行搅拌摩擦焊封装,并在轧制温度为426℃和总压下率为80％下进行热轧复合;然后,对复合板进行T6热处理,即在540℃固溶及177℃时效5 h.随后,对热处理前后的复合界面进行扫描电镜和电子探针分析,明确元素扩散机制,并对复合板进行拉剪性能测试.结果 热轧后复合板的界面平直,无气孔、裂纹等缺陷,界面剪切强度为94.2 MPa.热处理后复合板铝基体力学性能提高,界面剪切强度达141.2 MPa.结论 采用真空轧制复合技术制备出了板形好、无缺陷的钛/铝复合板,经T6热处理后,钛/铝复合板的界面结合性能大幅改善,提高约50％.     

铝/钛/铝三层复合板热轧工艺及微观组织研究

钛/铝层状复合材料具有两种材料优异的特性,能够满足一些特殊工程需要。开发了热轧复合技术,成功制备了铝(1100)/钛(TA2)/铝(1100)三层复合板。研究了复合板轧制过程中的关键轧制技术参数(临界压下率和轧制复合工艺条件)。利用光学显微镜和SEM观察了钛/铝复合板及结合界面形貌,分析了不同退火温度对复合板力学性能的影响。基于实验结果,描述了影响复合板质量和有助于提高复合板结合强度的关键工艺过程。     

添加Ni箔中间层的Mg-Al扩散焊接接头界面结构和力学性能

采用扩散焊接工艺,通过添加Ni箔中间层对镁铝异种金属进行焊接。利用无损检测、电子探针、扫描电镜、万能材料试验机研究了Mg/Ni/Al焊接接头界面的组织结构和力学性能。结果表明:Ni箔中间层可以有效阻止界面处Mg,Al元素的相互扩散,接头界面处没有生成Mg-Al金属间化合物。在焊接温度440℃,保温时间90min时,接头抗剪强度达到最大值20.5MPa。Mg/Ni/Al接头由Al,Ni和Mg,Ni的相互扩散形成,接头界面形成Al-Ni过渡区和Mg-Ni过渡区,界面主要物相分别为Al3Ni2,Al3Ni和Mg2Ni,过渡区厚度随焊接温度升高而增加。     

1Cr18Ni9Ti-20G爆炸焊接+轧制工艺研究

为了研究在不同爆炸焊接工艺条件下获得的复合板的轧制效果,本文对大波、小波、微波状3种界面的1Cr18Ni9Ti／20G复合板进行轧制实验研究．实验表明：只有用下限获得的微小波状界面的爆炸焊接复合板,才能实现成功轧制,而大波状复合板界面存在一定的缝隙、空洞等微观缺陷,在轧制时由于分层会使轧制失效．爆炸焊接 轧制工艺获得的复合板结合界面的组织、强度和性能的测试结果表明：轧制复合板结合界面的剪切和分离强度虽比爆炸态略低,但延伸率、冲击韧性都大大增强,轧制复合板的耐蚀性能也未降低．     

冷拉拔铜包铝细丝的退火工艺与组织性能研究

研究了冷拉拔铜包铝细丝合理的退火工艺及其对材料力学性能、铜包覆层组织及界面扩散层厚度的影响规律.结果表明:铜包铝细丝的最佳退火工艺为300℃×60min.低于200℃退火时,铜包铝细丝铜包覆层处于回复阶段,细丝强度从冷拉态的361MPa急剧下降到236MPa,延伸率略有降低;300℃退火后,铜包覆层的再结晶完成,细丝的抗拉强度下降至约152MPa,延伸率升到最高,达到16.3%;400℃退火后,铜包覆层晶粒显著长大,界面处生成脆性金属间化合物,延伸率急剧下降.界面扩散层的厚度随退火温度和保温时间的增加而增大,当退火温度低于300℃时,扩散层厚度随退火时间增加缓慢;当退火温度高于350℃后,扩散层厚度快速增大.延伸率随扩散层厚度的增加先升高后降低,当界面扩散层厚度为2μm时,铜包铝细丝的延伸率最高.     

铸轧铜铝复合板界面演变规律研究

采用铸轧法制备了铜铝复合板,利用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪等分析手段考察了界面微观形貌和物相成分,分析了轧制和退火过程中界面的演变过程。结果表明,热处理过程中的界面演变过程主要包括过饱和固溶体形成、金属间化合物形核析出、金属间化合物沿界面横向相连、界面层增厚四个阶段。剥离过程中界面沿CuAl_2层开裂,随着退火时间的延长,剥离面形貌由撕裂棱和沟槽转变为撕裂平台和裂纹。轧制过程中界面层发生脆性断裂,纯铜和纯铝挤入裂缝形成直接接触区域。随着轧制压下率的增大,铜铝直接接触区域所占比例增大,破碎的界面层以尺寸较小的碎块状嵌在纯铜和纯铝之间,且碎块与界面之间呈一定夹角分布。     

化学镀锡层对镁铝异种金属超声波焊接的影响

为提高镁铝异种金属超声波焊接接头强度,预先在铝合金表面镀锡后进行镁铝异种金属超声波点焊,并对接头的微观组织和力学性能进行分析.研究表明:无镀锡层的镁铝超声波焊接接头界面出现了大量的Mg_3Al_2和Mg_(12)Al_(17)相,其接头的最大拉伸剪切强度为27.5 MPa;含镀锡层的铝镁超声波焊接结合区由镁锡反应扩散层、残余锡层和铝锡反应扩散层组成,其中,铝锡反应层是固溶体层,镁锡反应层主要是过饱和的固溶体基体及弥散析出的中间相Mg_2Sn,其接头的最大拉伸剪切强度为32.9 MPa.镀锡层的加入有效阻止了镁铝的相互扩散,抑制了硬脆的Mg-Al系金属间化合物的生成,提高了镁铝超声波焊接接头强度,与镁铝超声波焊接相比最大拉伸剪切强度提高了19.6%.     

中间层锌箔对铝-钛异种接头微观组织和力学性能的影响

本文旨在通过改善焊接工艺,提高铝-钛接头性能,扩大铝-钛复合件的应用范围.通过在铝-钛熔钎焊接工艺中添加锌箔,探讨了中间层锌箔对铝-钛接头微观组织和力学性能的影响.采用TIG焊机对铝/钛异种金属板材进行熔钎焊接实验,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、维氏硬度计和电子拉伸机对铝/钛接头的微观组织和机械性能进行分析.研究发...     

Microstructure and mechanical properties of TA1/3A21 composite plate fabricated via explosive welding

ABSTRACT

The microstructure and mechanical properties of explosively welded TA1/3A21 composite plate were studied. The results suggested that the bonding interface had a wavy appearance, and two types of Ti–Al solid solutions were found in the crest region. Most of the interfaces had a thin diffusion layer with a thickness of approximately 3?µm, and no brittle intermetallic compounds were formed. The interface of the explosively welded TA1 Ti/3A21 Al composite plate exhibited reliable shear and bending properties. The propagation of the facile cracks initiated at the Ti–Al solid solution/Al interface, and the Ti–Al solid solution region at the vortex could be terminated by the Ti matrix. In addition, the complex bonding interface structure inhibited the crack propagation along the interface.     

Effect of Ni interlayer on characteristics of diffusion bonded Mg/Al joints

Magnesium and aluminium were joined through diffusing bonding with a Ni interlayer prepared by plasma spraying for the first time. Examination of the microstructure and phase constitution of interfacial regions indicated that Mg–Al reaction was successfully prevented in the presence of the Ni interlayer. With the elevation of temperature, a reaction layer of Mg₂Ni intermetallic was formed at Mg/Ni interface but few Al–Ni intermetallic was generated at Al/Ni interface. The mechanical test results showed that the tensile strength of the Mg/Al joint was substantially improved compared to that of the direct joint of Mg and Al. A maximum value of 5.8?MPa was obtained at 420°C for the joint with Ni interlayer.     

搅拌摩擦焊辅助Al/Zn/Mg接头扩散连接

对2mm厚的AZ31B镁合金和6061铝合金平板进行添加夹层Zn的搅拌摩擦诱导扩散连接实验。通过SEM,EPMA,XRD,拉伸实验和维氏硬度测试研究Al/Zn/Mg搭接接头显微组织和力学性能。结果表明:当旋转速率合适时,扩散层存在Al富集区,Al5Mg11Zn4层及Mg-Zn共晶区;而旋转速率较低时,扩散层存在残留的Zn层;旋转速率过大时,扩散层出现Al-Mg系金属间化合物。由于扩散层主要为金属间化合物,其显微硬度明显高于母材。Zn箔的加入提高了Al/Mg搭接接头的力学性能。断口观察分析表明,接头失效发生在靠近Al侧的扩散层上。     

中间层Ni对TC4/2A14异种金属搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

目的 添加0.05 mm厚的Ni箔作为中间层,对3 mm厚的TC4钛合金和2A14铝合金进行搅拌摩擦焊,分析Ni对接头力学性能的影响。方法 采用扫描电镜、EDS能谱及XRD衍射等微观表征分析方法,对焊接接头的断口形貌、成分进行分析,探究Ni箔对焊接接头力学性能的影响。结果 由于钛合金和铝合金存在较大的物理化学性能差异,Ti/Al异种金属焊接性较差,界面容易产生TiAl3、TiAl、Ti3Al等金属间化合物,其中脆性相TiAl3对接头性能的影响最大,会导致综合力学性能下降。当加入中间层材料Ni后,由于Ni与Al晶体结构均属于面心立方,因此Ni与Al的扩散系数大于Ti与Al的扩散系数,Ni和Al之间优先形成金属间化合物且弥散分布于焊缝中,从而缩短了Ti与Al之间的相互扩散时间,减少了TiAl3相的生成。结论 在未添加中间层材料时,接头平均抗拉强度为237.3 MPa,约为2A14铝合金母材抗拉强度的56.7%;当添加中间层Ni后,对焊缝中金属间化合物的种类和数量进行了调控,减少了对性能影响最大的TiAl3相的生成,接头平均抗拉强度达到285.3 MPa,为2A14铝合金母材抗拉强度的68%。     

铝/镁搅拌摩擦焊-钎焊焊接接头微观组织结构

目的研究不同工艺参数下钎料Zn的添加对Al/Mg异种金属搅拌摩擦焊-钎焊焊接接头组织和性能的影响。方法以厚度为0.05 mm的纯Zn作为钎料,对3 mm厚的2A12-T4态铝合金和4 mm厚的AZ31变形镁合金,进行搅拌摩擦焊-钎焊的复合焊接,分析锌夹层的添加对接头微观组织与力学性能的影响。结果当添加Zn中间层时,接头钎焊区缓解了拉伸断裂趋势,在焊接速度为23.5 mm/min,旋转速度为375 r/min时,接头抗拉剪力达到5.5 k N,复合焊接接头的钎焊焊缝由搭接区、固相扩散区、钎焊区组成。结论钎料的添加有效阻止了Al-Mg系金属间化合物的形成。     

Effect of gradient thermal distribution on butt joining of magnesium alloy to steel with Cu–Zn alloy interlayer by hybrid laser–tungsten inert gas welding

Experimental investigations on butt welding of magnesium alloy to steel by hybrid laser–tungsten inert gas (TIG) welding with Cu–Zn alloy interlayer are carried out. The results show that the gradient thermal distribution of hybrid laser–TIG welding, controlled by offset adjustment, has a noticeable effect on mechanical properties and microstructure of the joints. Particularly, at the offset of 0.2 mm, defect-free joints are obtained, and the tensile strength could attain a maximum value of 203 MPa. Moreover, the fracture of the joint with the 0.2 mm offset happens in the weld seam of Mg alloy instead of the Mg/Fe interface. Owning to the addition of the Cu–Zn alloy interlayer, a metallurgical bonding between Mg alloy and steel is achieved based on the formation of intermetallic compounds of CuMgZn and solid solutions of Cu and Al in Fe. Meanwhile, the same element distribution tendency of Fe and Al indicates the intimate interaction between Fe and Al in current experimental conditions.     

双屏蔽(B4C-W)/6061Al层状复合板设计与性能

基于B₄C和W良好的屏蔽中子和γ射线性能,采用6061铝合金作为基体,设计了一种新型双屏蔽(B₄C-W)/6061Al层状复合材料,通过放电等离子烧结后加热轧制成板材,对制备的复合材料微观组织和力学性能进行了研究。结果表明,屏蔽组元B₄C和W颗粒均匀地分布在6061Al基体中,层界面、B₄C/Al、W/Al异质界面之间结合良好,无空隙和裂纹。在颗粒与基体界面处形成扩散层,扩散层的厚度约为6 μm (W/Al)和4 μm (W/Al)。轧制态的(B₄C-W)/6061Al层状复合板的屈服强度(109 MPa)和极限抗拉强度(245 MPa)明显优于烧结态的复合材料,但断裂韧性降低。强度提高的原因主要是轧制后颗粒的二次分布、均匀性及界面结合强度提高,基体合金的晶粒尺寸减小,位错密度增加。层状复合板的断裂方式为基体合金的韧性断裂和颗粒的脆性断裂。      

Microstructure and mechanical properties of Mg–8Li–xAl–0.5Ca alloys

The effect of the Al content on the microstructure and mechanical behaviour of Mg–8Li–xAl–0.5Ca alloys is investigated. The experimental results show that an as-cast Mg–8Li–0.5Ca alloy is mainly composed of α-Mg, β-Li and granular Mg₂Ca phases. With the addition of Al, the amount of α-Mg phase first increases and then decreases. In addition, the intermetallic compounds also obviously change. The microstructure of the test alloys is refined due to dynamic recrystallisation that occurs during extrusion. The mechanical properties of extruded alloys are much more desirable than the properties of as-cast alloys. The as-extruded Mg–8Li–6Al–0.5Ca alloy exhibits good comprehensive mechanical properties with an ultimate tensile strength of 251.2?MPa, a yield strength of 220.6?MPa and an elongation of 23.5%.