时效工艺对2124铝合金厚板组织与性能的影响

采用室温拉伸的方法,研究170～180℃范围内时效不同时间2124铝合金厚板高向(ST向)力学性能的变化。利用透射显微镜(TEM)、扫描电镜(SEM)观察合金不同时效工艺下组织形貌特征。结果表明:2124铝合金板材适宜的T851时效制度为175℃保温10h,此条件下合金高向的屈服强度,抗拉强度,伸长率分别为372,422MPa,2.9%。此时主要的强化相为S′相,含有少量的GPB区以及粗大的T相。时效温度是影响合金析出相密度和尺寸的主要因素,时效温度越高,强度上升越快,达到强度最大值的时间越短。基体与晶界处的强度差越来越大是导致伸长率降低的主要原因。     

Al-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金的研究进展

Al-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金具有低密度、高比强度、高韧性和良好的抗腐蚀性能的特点,广泛应用于航空航天、交通运输和兵器领域。本文主要介绍近年来国内外Al-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金的最新研究进展。超高强度铝合金基体上分布着纳米级的晶内时效析出相、亚微米级的高温析出相、微米级的结晶析出相和晶界析出相,这些相的形态、数量、尺寸和分布对合金的综合力学性能和抗腐蚀性能有直接的影响;主元素成分含量对超高强度铝合金综合力学性能有影响,合金的综合力学性能随Zn/Mg和Cu/Mg比值的变化而变化;微量元素能够提高超高强度铝合金的综合力学性能。微量元素对铝合金的影响主要体现在提高沉淀相的过饱和度,改变沉淀析出过程,促进或抑制沉淀相的析出和促进新相的沉淀析出。新制备技术能够显著细化晶粒、抑制偏析、析出相均匀分布和提高各种元素的过饱和度,从而改善超高强度铝合金的综合力学性能。强化固溶处理能够提高时效析出程度,从而提高铝合金的力学性能。三级时效处理后的超高强度铝合金具有峰值时效T6态的强度和优异的抗腐蚀性能。     

超高强度7A36铝合金挤压管材热处理工艺研究

针对工业化生产条件下制备的?250 mm×20 mm和?340 mm×30 mm两种规格的7A36铝合金挤压管材,开展单级/双级固溶工艺和110～135℃下的单级时效-拉伸性能曲线研究,并采用优选的热处理工艺,对两种规格管材的拉伸性能进行对比研究。采用差热分析仪测试相转变温度,利用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜进行显微组织与拉伸断口观察。结果表明：7A36合金管材在优选的热处理工艺下,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别可达696,655 MPa和14.0%;相比常规的半连续铸造(direct chill casting, DC)铸锭+大挤压比工艺,采用锻造铸锭+常规热挤压工艺,合金管材表现出晶粒和晶界/晶内析出相尺寸更小以及晶界无沉淀析出带(precipitation free zone, PFZ)更窄的组织特征,该组织特征是影响强度性能的主要原因;同时,该合金具有较高的淬火敏感性,固溶处理过程中,易在富Fe相附近诱发淬火微裂纹,显著影响合金管材的伸长率。     

1 800 MPa超高强钢变径管热气胀成形特性研究

目的 对B1800HS热成形钢进行管件热气胀成形研究,探究变径管特征件热气胀成形的可行性和规律,为进一步研究热气胀成形超高强钢管件及工程应用推广提供参考和支撑。方法 采用ABAQUS有限元仿真分析和试验对比,研究了1 800 MPa超高强钢变径管热气胀成形特性,通过有限元分析研究了成形温度(700、800、900 ℃)、气压加载速率(1、3、5 MPa/s)及胀形压力(12、15、18 MPa)对变径管成形规律的影响,通过变径管热气胀成形试验,研究了敏感参数对变径管样件尺寸精度、强度分布及厚度变化的影响。结果 提高成形温度、气压加载速率和胀形压力可明显提高变径管的成形质量和贴模精度,当成形温度为900 ℃时,变径管抗拉强度可达到1 800 MPa级别,且增压速率和胀形压力影响较小;变径管沿环向厚度分布均匀,零件无明显增厚和过度减薄缺陷。结论 通过热气胀工艺成形1 800 MPa级别变径管是可行的,通过优化工艺参数,可有效提高零件的成形精度和强度,为典型超高强钢管件热气胀成形的开发提供了依据和参考。     

2219铝合金搅拌摩擦焊接头的蠕变时效行为研究

目的 研究2219铝合金搅拌摩擦焊接头的蠕变变形行为、力学性能及其微观组织演变规律,探明焊接态铝合金材料的蠕变变形与强化机制,为超大型高筋薄壁构件板坯搅拌摩擦拼焊+蠕变时效形性一体化制造提供理论与技术支撑。方法 通过蠕变时效实验和室温性能测试,研究了有焊缝和无焊缝材料的蠕变时效行为与力学性能演变,结合应力指数、激活能计算和透射电镜表征,分析了焊缝对2219铝合金蠕变时效特性的影响。结果 与母材相比,有焊缝铝合金整体蠕变量更低,但前期短时蠕变速率高而后期长时变形速率低,变形机制由母材的扩散蠕变转为位错攀移;有焊缝材料蠕变时效后抗拉强度增加量相对更少,屈服强度增加量基本相同,表现为加工硬化能力降低。同时,焊核区晶粒细小、晶内析出大量弥散的GPⅡ区、θʹʹ和θʹ相,且晶界附近出现无沉淀析出带,热影响区和热机影响区析出相长大,但热机影响区析出相开始出现粗化。结论 在蠕变时效过程中,搅拌摩擦焊后的2219铝合金复杂的微观组织演变会提高材料的蠕变变形和强度提升敏感性,上述发现为优化搅拌摩擦焊与蠕变时效成形工艺参数匹配提供了基础。     

超高强度7A36铝合金挤压管材热处理工艺研究EI北大核心

针对工业化生产条件下制备的?250 mm×20 mm和?340 mm×30 mm两种规格的7A36铝合金挤压管材,开展单级/双级固溶工艺和110~135℃下的单级时效-拉伸性能曲线研究,并采用优选的热处理工艺,对两种规格管材的拉伸性能进行对比研究。采用差热分析仪测试相转变温度,利用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜进行显微组织与拉伸断口观察。结果表明:7A36合金管材在优选的热处理工艺下,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别可达696,655 MPa和14.0%;相比常规的半连续铸造(direct chill casting, DC)铸锭+大挤压比工艺,采用锻造铸锭+常规热挤压工艺,合金管材表现出晶粒和晶界/晶内析出相尺寸更小以及晶界无沉淀析出带(precipitation free zone, PFZ)更窄的组织特征,该组织特征是影响强度性能的主要原因;同时,该合金具有较高的淬火敏感性,固溶处理过程中,易在富Fe相附近诱发淬火微裂纹,显著影响合金管材的伸长率。     

超高强度马氏体时效钢的力学行为与微观组织演化的关系

用高分辨透射电镜(HRTEM)和原子探针层析技术(APT)等手段研究了2.4 GPa级超高强度马氏体时效钢在时效过程中析出相的演化规律及其与材料力学性能的关系。对组织观察的结果表明,马氏体时效钢在时效过程中析出相的演化规律分为三个阶段：时效初期富Ni和富Ti团簇的形成、峰时效期金属间化合物Ni₃Ti及其界面处富Mo相的形成、过时效阶段Ni₃Ti的粗化和富Mo相过渡为Ni₃Mo。力学性能的实验结果表明,随着时效时间的延长抗拉强度呈现先提高后降低的趋势,时效时间为4 h时抗拉强度达到最大值2560 MPa。断裂韧性呈现与抗拉强度相反的变化趋势,时效时间为4 h时的断裂韧性值最低,仅为20 MPa·m^1/2。根据不同时效阶段材料中析出相的演化规律,探讨了马氏体时效钢的力学行为与析出相的关系。     

比钛还强的超高强度铝

美国空军研究实验室开发出一种超高强度铝合金，可用于火箭发动机涡轮泵叶片。合金强度及延展性均超过α钛合金((Ti-5Al-2．5Sn ELI)，后者目前正用于涡轮泵。     

5A30铝合金弥散析出相研究

本文系统研究了5A30铝合金的微观组织。结果表明,该合金显微组织中的弥散析出相并非通常认为的富Mg的β相,而是Al6Mn和Al4Mn两种富Mn相;真正的β相数量很小,其形态与富Mn相区别明显。     

时效成形对2324铝合金组织及性能的影响

研究了时效成形对2324铝合金力学性能的影响,利用透射电镜观察了时效成形过程中的微观组织.研究了时效成形产生的"应力位向效应"及其对力学性能的影响,对"应力位向效应"的特征和产生原因进行了分析.结果表明:由于外加应力造成了平行应力方向和垂直应力方向扩散系数的差异,导致析出相择优生长.无应力时效时析出相沿{201}晶面族均匀析出,时效成形过程中析出相沿平行(111)方向择优生长,择优生长方向主要取决于外加应力的方向.     

Cu-Cr-Zr-Y合金时效析出行为研究

研究了时效参数和变形量对 Cu 0. 39Cr 0.11 Zr 0. 41Y 合金性能的影响。结果表明合金经950℃×1h固溶后,在480℃时效可获得较高的导电率和硬度;时效前对合金施以冷变形可以加速时效初期第二相的析出,并显著提高其电导率和硬度,60%变形合金 480℃×2h时效处理后,导电率和显微硬度分别为83.32% IACS 和 161Hv,而固溶后直接时效仅为70.58%IACS和112Hv。微量稀土元素 Y的加入,使Cu 0. 39Cr 0. 11Zr 0. 41Y 合金的显微硬度比 Cu 0.41Cr 0.10Zr合金提高8~10Hv,导电率略有降低。     

基于微观结构的高强铝合金应力集中系数研究

为了更好地理解铝合金材料的微观力学性能,基于MATLAB编写了Voronoi算法的微观结构模拟程序,并将程序导入ABAQUS有限元软件建立铝合金晶粒模型.推导出六结点内聚线单元模型的界面单元刚度矩阵,利用内聚力模型的内聚力-位移关系描述铝合金晶粒界面间的粘着力(法向力)和摩擦力(切向力),建立了微观晶粒结构的有限元模型.研究结果表明:单个夹杂粒子随着弹性模量的增加应力集中系数先减小再增加;相对于单个夹杂粒子,两个夹杂粒子的应力集中会增加,当d/r接近2时应力集中系数明显增加,当d/r值处在6左右时应力集中系数基本恢复到单夹杂粒子时的大小.夹杂粒子的形状、数量及分布状态对结构微观应力集中均有影响.     

变质高锰钢析出相的演变及力学性能的研究

为了有效改善高锰钢的组织和性能,通过变质处理和弥散处理相结合的方法,采用X射线衍射(XRD)、光学显微镜、扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM),对稀土-低熔点合金变质高锰钢时效析出相进行研究.结果表明:实验用钢在460℃时效1 h时,基体上开始有球状析出相析出,随着时效时间的延长,析出相由球状向针状转变;520℃时效1 h,晶界上有少量的球状析出相,基体上析出相为细针状;580℃时效1 h,析出相为粗大的针状,且基体发生了奥氏体向珠光体转变.随着时效温度的升高,变质高锰钢时效析出相由球状转变为针状,针状析出相与球状析出相晶体结构不同,针状析出相更加趋于稳定.变质高锰钢的硬度随着析出相增多而升高,(Mn,Fe)7C3细针状析出相在冲击韧性和耐磨性起主导因素,变质高锰钢最佳时效工艺应使耐磨析出相析出,且未引起微观应变增大.本次实验用钢最佳时效工艺参数为520℃下时效1 h.     

7075铝合金脉冲变极性等离子弧焊接头的双级时效行为EI北大核心CSCD

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。     

随焊激冷防止高强铝合金焊接热裂纹的数值模拟

采用热弹塑性有限元方法对随焊激冷防止焊接热裂纹的工艺过程进行了数值模拟 ,动态定量地描述了温度场、位移场和应变场的演变过程 ,清晰地揭示了随焊激冷防止焊接热裂纹的机理及主要参数的影响规律 .研究表明 ,随焊激冷能够通过冷源作用区的冷却收缩造成对其前方处于BTR金属的横向挤压 ,推迟塑性拉伸应变的开始形成温度并减缓其发展速率 ,因而降低热裂纹倾向 ;采用较小的激冷距离有利于降低热裂纹倾向 ,在激冷距离较大时提高激冷功率仍有防止热裂纹的作用 ;加大外部拘束会在一定程度上削弱随焊激冷防止热裂纹的效果 .     

Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金的研究进展

评述了国内外超高强铝合金的研究及应用概况,介绍了Zn、Mg、Cu等主要元素与Zr、Sc、Li、Ag、Be及稀土等微量元素对Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金组织与性能的影响,介绍了Al-Zn-Mg-Cu系合金制备技术、热处理工艺及其最新进展,讨论了超高强铝合金主要强化机制以及微观组织与性能之间的关系.针对超高强铝合金现存的问题,提出了今后研究开发的方向.     

高强度Fe-Ni膨胀合金丝材时效工艺研究

采用性能测试和显微组织分析手段，探讨了高强度低膨胀Fe—Ni合金丝材时效处理对合金膨胀系数及强度的影响规律。试验结果表明，采用较高温度时效（475℃），能够使碳化物能够呈弥散状析出，将有利于合金膨胀系数的控制，及合金强度的提高；而较低的时效温度（425℃）下，碳化物呈不均匀状析出，合金强化效果不明显，同时不利于膨胀系数的控制。     

Fatigue strength prediction of ultra high strength steel butt‐welded joints

First, fatigue tests were performed on butt‐welded joints made of novel direct quenched ultra high strength steel with high quality welds. Two different welding processes were used: MAG and Pulsed MAG. The weld profiles, misalignments and residual stresses were measured, and the material properties of the heat‐affected zone were determined. Fatigue tests were carried out with constant amplitude tensile loading both for joints in as‐welded condition and for joints after ultrasonic peening treatment. Finally, in fatigue strength predictions, the crack initiation phase was estimated using the procedures described by Lawrence et al. [Lawrence F V, Ho N J and Mazumdar P K (1981) Predicting the fatigue resistance of welds. Annu. Rev. Mater. Sci, 11, 401–425]. The propagation phase was simply estimated using S–N curves for normal quality butt welds, which may contain pre‐existing cracks or crack‐like defects eliminating the crack initiation stage.     

当量加速腐蚀条件下7B04-T6高强度铝合金疲劳裂纹扩展规律研究

基于编制的机场环境加速试验谱,针对关键结构高强度铝合金件进行当量腐蚀试验,在实验室条件下成功地模拟和再现了服役环境条件的腐蚀损伤,借助复型法观测得到了腐蚀损伤的演化规律;通过预腐蚀疲劳试验和疲劳断口扫描电镜定量分析,得到了裂纹长度a与循环次数N数据集,分析了裂纹扩展速率da/d N与应力强度因子幅值ΔK的对应关系,定量表征了不同程度腐蚀损伤对疲劳裂纹扩展行为的影响规律.结果表明,在腐蚀初期,疲劳裂纹扩展过程中有经典的小裂纹扩展阶段;随着腐蚀损伤的加重,小裂纹行为不明显;腐蚀损伤越严重,疲劳裂纹扩展速率越快,结构抗疲劳性能显著退化.     

强化固溶对含Sc超高强铝合金组织性能的影响

为了提高含Sc超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金的固溶程度,减少未溶结晶相的数量,用极差分析方法对强化固溶处理制度进行了优化.采用拉伸试验、金相和透射电镜分析、扫描电镜观察和能谱分析等方法研究了强化固溶对合金力学性能和组织的影响.结果表明,与常规固溶相比,强化固溶后合金的屈服强度和抗拉强度分别提高了28MPa和18MPa,合金的断口形貌呈现晶内韧窝与沿晶破裂的混合断裂,强化固溶后合金的力学性能有所改善,残余的第二相数量明显减少,η′析出相也更细小、弥散.