基于熔池原位冶金的电弧增材制造Al-Cu-Li合金显微组织与硬度

随着航空航天领域对大型轻量化构件的需求日益增加,研发新型Al-Li合金制备技术能够提升制造效率,减轻构件重量。本工作采用一种Al-Cu合金丝材与Al-Li二元合金粉末同步输送的电弧增材制造方法,成功制备了Al-Cu-Li合金试样。利用OM、SEM、XRD、TEM和Vickers硬度仪对试样的晶粒形貌、物相组成进行表征并测量硬度。结果表明,电弧增材制造Al-Cu-Li合金沉积态试样由10～20μm的细小等轴晶组成,且晶界处存在半连续网状共晶θ (Al₂Cu)相。增材制造热循环作用还会导致晶界附近析出T_B (Al₇Cu₄Li)相与T₁(Al₂Cu Li)相。T₁相主要分布于试样的中部及底部,且随着增材制造热循环次数的增加T₁相含量呈上升趋势,试样底部的T₁相含量最高。电弧增材制造Al-Cu-Li合金沉积态试样的最大硬度为126.7 HV_0.1,略高于其他电弧增材制造2219...     

微量元素对增材制造Al-Zn-Mg-Cu合金组织及性能的影响

电弧增材制造铝合金构件及技术应用的潜力巨大,但是增材制造的高强铝合金通常存在着缺陷多、力学性能差的问题。文中以电弧增材制造Al-Zn-Mg-Cu合金为研究对象,探索微量Zr和Ti元素对成形合金的微观组织和力学性能的作用机制。研究结果表明,添加这些微量元素以后,可以在合金中析出Al₃（Zr, Ti）纳米亚稳相,并且细化晶粒组织,提高了合金的硬度、强度和塑性,提高了断口的韧性断裂比例,以及减少了合金中的气孔和裂纹缺陷。研究结果为增材制造铝合金材料的开发和设计提供了思路和参考。     

酸性盐雾下2024铝合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀行为

在详细分析2024铝合金搅拌摩擦焊焊缝表面微结构的基础上,采用酸性连续盐雾试验研究焊缝表面的腐蚀行为。组织分析表明,焊缝表层因受搅拌头轴肩水平挤压作用而呈现弧形条纹特征,并导致晶粒和第二相粒子得到显著细化;合金中的第二相粒子主要为棒状的Al₂CuMg（S相）和颗粒状的CuAl₂（θ相）。盐雾试验表明,搅拌摩擦焊焊缝区耐蚀性因包铝层遭到破坏而呈现下降趋势,腐蚀程度因焊缝表面残留的纯铝而呈现不均匀性。腐蚀首先从局部点蚀开始,最终演变为剥落腐蚀。     

AA2024-H18铝合金同步冷却热成形后的强化机制

为了研究同步冷却热成形工艺对可热处理铝合金的显微组织演变规律以及强化机制的影响,选用H18态AA2024铝合金板料进行同步冷却热成形及自然时效试验,并进行力学性能测试、光学显微组织观察及TEM分析。结果表明:同步冷却热成形工艺对AA2024铝合金的显微组织影响明显;H18态AA2024铝合金板料经过同步冷却热成形及96 h自然时效后,试样变形区的位错密度增加,并出现细针状的Al_2CuMg(S′)相,使得变形区的屈服强度及抗拉强度分别较冷冲压工艺试样提高4%、12%;此时,AA2024铝合金的强化机制主要是弥散相Al_(20)Cu_2Mn_3(T相)和沉淀相Al_2Cu Mg(S′相)对位错的钉扎作用,以及位错间的相互作用。     

钢/铅双金属结构熔滴沉积复合TIG电弧增材制造工艺与界面组织研究

采用熔滴沉积复合钨极氩弧焊(TIG)电弧增材制造工艺实现了45钢/锡铅合金双金属结构的直接冶金结合。利用OM、SEM、XRD等研究了钢/铅双金属增材制造结构界面不同位置特征区域的金相组织、界面元素分布和主要物相。结果表明，采用熔滴沉积复合TIG电弧增材制造工艺成形的钢/铅双金属结构界面无明显裂纹、孔隙等宏观冶金缺陷；根据钢/铅界面金属间化合物(IMCs)的分布状态判定，铅合金熔滴在45钢表面的冲击、铺展过程中，同时存在“反应性润湿”和“惰性润湿”，反应性润湿界面存在微小波动并且界面处IMCs为FeSb₂和FeSn₂，惰性润湿界面未析出反应产物且存在微孔隙缺陷。熔池中心处的界面IMCs层厚最大，IMCs层厚约为6μm，随着测试位置逐渐远离熔池中心，界面IMCs层厚呈非线性递减趋势。     

7050铝合金局部腐蚀与电化学性能的关联性研究

目的 探明7050铝合金的点腐蚀机理。方法 利用ZEISSM10A扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对在NaCl溶液中腐蚀不同时间的7050铝合金试样表面的Al₇Cu₂Fe相进行原位分析,并结合对应的电化学阻抗谱,研究Al₇Cu₂Fe相成分、尺寸的差异性对7050铝合金腐蚀性能的影响。结果 原位腐蚀结果表明,Al_xCu_yFe相的点蚀特征取决于相的尺寸和成分,Al_xCu_yFe相中Fe含量的变化率呈先增大后减小的趋势。其中Fe含量变化程度最大的是平均直径约1.7μm的Al₇Cu₂Fe相,在经过1.5 h腐蚀后,其变化率达到了58.62%;其次是平均直径约2.4μm的Al₇Cu₂Fe相,在经过1 h腐蚀后,其变化率为52.13%;而2.5μm以上的Al₇Cu₂Fe相在点蚀过程中Fe...     

7075厚板铝合金搅拌摩擦焊接头晶间腐蚀行为研究

对20 mm厚7075铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头沿板厚方向进行分层晶间腐蚀行为研究。借助光学显微镜及扫描电子显微镜分析了接头组织、第二相成分及分布、腐蚀深度及接头各区腐蚀形貌。结果表明:焊缝中心区腐蚀程度最轻,热机影响区(TMAZ)次之,热影响区(HAZ)腐蚀程度最严重;沿板厚向下,焊核区(NZ)腐蚀程度逐渐变大,TMAZ腐蚀程度先变大后减小,HAZ腐蚀程度逐渐减小;接头沿板厚方向晶粒大小和第二相粒子尺寸及分布存在差异,是造成沿板厚方向各区不同晶间腐蚀程度的主要原因。     

增材制造VNbTiSi轻质难熔共晶高熵合金的组织及力学性能

高熵合金与增材制造技术的结合,为极端服役环境下结构复杂部件的一体化制造提供了新的思路。采用激光熔化沉积(LMD)技术成功制备了VNbTiSi轻质难熔共晶高熵合金,通过显微组织分析筛选出最佳激光功率参数,并对试样进行了室温及高温压缩性能测试。结果表明：VNbTiSi轻质难熔共晶高熵合金表现出了优异的打印性能,最佳工艺参数下制备得到的样品在宏观和微观上均没有出现裂纹。在合金底面及沿构建方向,熔池内部与熔池边界(搭接处)均呈现出不同的形貌,熔池内部由柱状的全共晶组织构成,共晶胞为熔池边界出现较为粗大的(Nb, X)₅Si₃初生硅化物相。相比铸态组织,激光熔化沉积使得共晶组织的片层间距显著细化。增材制造合金不仅在1000℃下压缩强度可达640 MPa,在1100℃时依然能够保持高于500 MPa的压缩强度,高温压缩性能显著优于铸态VNbTiSi合金。     

基于晶格储存能的航空铝合金腐蚀行为研究

采用多种电子显微技术对AA2024-T3航空铝合金的局部腐蚀行为进行研究。结果表明:AA2024-T3铝合金的局部腐蚀主要以晶间腐蚀的形式出现,相对于晶界沉淀相,晶格储存能更为显著地影响晶间腐蚀的发展,促使其优先发生在晶格储存能更高的晶粒周围。研究结果有助于提高对航空铝合金晶间腐蚀机理的认识,并为航空铝合金的设计提供理论指导,对保障航空安全具有重要意义。     

分级时效热处理对7A85铝合金结构壁板组织性能的影响

以7A85铝合金结构壁板为研究对象，结合力学性能测试与微观组织分析，研究了分级时效热处理温度与时间对7A85铝合金结构壁板组织性能的影响。结果表明，7A85铝合金单级时效热处理析出相主要为Al₂Cu相、Mg₂Zn₁₁相与G.P.Ⅱ区，与α-Al基体呈半共格关系，在保持较高强度的基础上兼具了良好的塑性。双级时效处理后合金析出相为Mg₂Zn₁₁相、Mg_3.5Zn_1.5相与MgZn₂相，强化机制为G.P.Ⅱ区和Mg₂Zn₁₁析出相与α-Al基体的半共格晶格畸变强化，屈服强度与硬度有所上升，塑性随之下降。随着时效保温过程的持续进行，析出相转变为Mg₂Zn₁₁相、MgZn₂相与Al₂CuMg相，且MgZn₂为主析出相，与α-Al基体的晶格关系转变为完全非共格，强度随之下降...     

搅拌摩擦增材制造关键技术与装备发展

搅拌摩擦增材制造 (friction stir additive manufacturing, FSAM) 是一种全新的固相增材技术,解决了材料熔化而产生气孔、裂纹等问题,大幅度提高增材制造零件的力学性能,提升制造组件的结构利用率,被认为是金属增材制造领域的重大突破. 介绍了增材制造技术发展历史及特点,总结了固相增材技术优势,阐述了FSAM技术的基本概念、成形原理、发展趋势、组织微观结构演变行为以及力学性能;归纳了当前FSAM所采用的设备类型及其控制系统,重点分析了该技术未来发展应用所面临的挑战及机遇.     

原位自生2%TiB_(2)颗粒对2024Al增材制造合金组织和力学性能的影响EI北大核心CSCD

采用激光粉末床熔化(laser powder bed fusion,L-PBF)工艺制备含2%(质量分数)原位自生TiB_(2)颗粒的2024Al-2%TiB_(2)合金和难打印2024Al合金,研究了TiB_(2)颗粒对经固溶(510℃处理1 h后水冷)和T6 (固溶处理后人工时效)热处理后增材制造2024Al合金组织和室温拉伸性能的影响。由于L-PBF冷却速率较快以及TiB_(2)颗粒的添加,2024Al-2%TiB_(2)合金微观组织以等轴晶为主,平均晶粒尺寸约为5.8μm。T6热处理之后,2024Al合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为(261.3±4.3) MPa、(252.6±2.5) MPa和(0.3±0.1)%;2024Al-2%TiB_(2)合金抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到(458.2±6.5) MPa、(398.4±2.7) MPa和(3.4±0.4)%;2种合金中析出大量均匀分布、尺寸细小的长条状析出相。T6态2024Al-2%TiB_(2)增材制造合金的抗拉强度与2024Al增材制造合金相比提高75.5%,其强度与2024Al锻造合金强度相当。合金的主要强化机制是位错强化、晶界强化、析出相强化和TiB_(2)颗粒带来的Orowan强化以及载荷传递强化,2种合金热处理后的拉伸断裂失效主要由缺陷控制。原位自生2024Al-2%TiB_(2)增材制造合金成形性较好,经热处理后获得较高的综合室温拉伸性能。     

铝合金侧向搅拌摩擦增材制造工艺参数对增材区成形的影响

在2024铝合金基板上进行了6156铝合金侧向搅拌摩擦增材制造试验,研究了增材工具行进速度与旋转速度对增材区成形的影响.研究表明,增材工具的行进速度与旋转速度会通过改变塑性流动金属所受的挤压摩擦作用及整体热输入的大小影响增材制造中塑性金属的流动趋势以及增材条料间的结合程度;随着增材工具行进速度的降低与旋转速度的增加,增...     

静轴肩搅拌摩擦增材制造2024铝合金的组织特征

采用静轴肩搅拌摩擦增材制造(FSAM)方法制备2024铝合金增材,用OM及SEM观察增材的显微组织,用XRD及TEM分析增材的第二相含量及形貌特征,结合增材的显微硬度,研究静轴肩FSAM材料的强化机理。结果表明:增材组织为再结晶的细小等轴晶,晶粒尺寸由底部向顶部逐渐减小,增材中的第二相发生重溶,含量较基材明显减少,且第二相含量由底部向顶部逐渐增多。增材的显微硬度由底部向顶部逐渐增大,最大硬度值为99HV,低于基材的,这是由于FSAM使增材中的第二相发生重溶,且第二相与基体的共格关系变化,共格应变减小,增材组织发生过时效。     

激光增材制造WC增强铁基复合材料组织结构及性能研究

目的采用激光增材制造技术制备WC增强铁基复合材料,并对其显微组织结构及性能进行表征测试,为后续制备大体积激光增材做技术理论及工艺储备。方法加入质量分数为10%的WC粉末,利用激光增材制造技术在40Cr钢表面制备WC增强铁基复合材料层,采用X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、硬度计、磨粒磨损机、电化学工作站等,分析激光增材层逐层组织结构、力学性能及其变化规律。结果激光增材层与基体呈良好冶金结合,相组成为α-(Fe,Cr)、Fe2C、Fe2W、Fe3B。表层、亚表层及中层区显微组织为鱼骨状树枝晶,在其周围存在硬质颗粒,随着表面距离的增加,底层区出现胞状晶。亚表层区晶粒最为细小均匀,硬度最高,为1057HV,是基体的4.2倍。中层区磨损率最低(0.29 mg/mm^2),耐磨性最好,自腐蚀电位最高(-205.86 mV),耐蚀性能最好。底层区钝化电流密度最小,为0.1865μA/cm^2,腐蚀速度最慢。结论加入的WC颗粒与铁基粉反应生成的Fe2C与Fe2W形成第二相强化,提高了基体的硬度、耐磨性及耐蚀性,且增材层亚表层区硬度最高,中层区耐磨性、耐蚀性最好。     

热处理前后选区激光熔化Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金微观组织的演变

采用选区激光熔化(SLM)技术制备了Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金。使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪和透射电子显微镜等测试方法，表征了热处理前后Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金微观组织的结构，并测试了合金的硬度。结果表明：沉积态合金组织主要由α-Al、Al₆Mn和初生Al₃Sc组成。SLM成形的合金熔池组织呈鱼鳞状，熔池内靠近熔合线附近形成了大量细小的等轴晶，平均晶粒尺寸约为0.57μm，熔池心部则由柱状晶组成，柱状晶的平均宽度约为0.48μm。棒状Al₆Mn主要沿晶界分布，少量颗粒状的初生Al₃Sc存在于晶粒内部，这表明初生Al₃Sc可以作为异质形核质点，细化α-Al基体。热处理后，熔池内部等轴晶尺寸及柱状晶宽度均有所增大，组织中析出了大量细小弥散的二次Al₃Sc颗粒。硬度测试结果表明，随着时效时间的延长，各温度条件下合金的硬度值呈先升高后降低的趋势，相比于沉积态合金的硬度，在325℃、180 min时效热处理后合金的硬度提高了30%左右，达到...     

5356铝合金TIG电弧增材制造组织与力学性能

采用钨极惰性气体保护焊(TIG)电弧增材制造工艺制备5356铝合金成形件,并对成形件的组织和力学性能进行研究.结果表明,5356铝合金增材制造的相组成为α-Al基体和β(Al3Mg2)相;随沉积高度增加,沉积层显微组织由等轴晶向柱状晶转变,达到热平衡状态后趋于稳定,这是因为增材制造具有热积累效应;最顶层组织呈现树枝状,...     

含Al2Ca相和Mg2Ca相Mg-Al-Ca-Mn合金经等通道转角挤压加工后的腐蚀性能(英文)

为了研究Al₂Ca相和Mg₂Ca相对Mg-Al-Ca-Mn合金腐蚀行为的影响,采用金相显微镜、扫描电子显微镜、浸泡和电化学测试对仅含Al₂Ca相(2Ca)和仅含Mg₂Ca相(4Ca)的铸态及ECAP态合金进行研究。在腐蚀初期,两种铸态合金的腐蚀速度比ECAP合金的慢。随着腐蚀时间的延长,ECAP合金的腐蚀程度变得比铸态合金轻微,这主要归因于ECAP合金中第二相的有效细化及分散。此外,2Ca合金的腐蚀程度始终小于4Ca合金,表明Al₂Ca相比Mg₂Ca相更有利于提高Mg-Al-Ca-Mn合金的耐腐蚀性能。最后,根据合金腐蚀表面的形貌观察和电化学测试结果,对由Al₂Ca相和Mg₂Ca相的分布和形貌引起合金的不同腐蚀机理进行讨论。     

TIG电弧增材熔池行为的数值模拟研究现状

TIG(钨极惰性气体保护焊)电弧增材制造由于其材料利用率高、成形效果好等显著优势,已成为制造业研究的热点。本文从数值模拟的角度,着重总结了TIG增材熔滴过渡、热累积和熔池行为3个方面的重要结果。成形工艺参数决定熔滴过渡形式和频率,而熔滴的过渡形式和过渡频率直接影响沉积层的成形质量;热累积影响着成形件的微观组织和应力,可通过控制层间冷却时间来减少热累积;在进行TIG增材熔池数值模拟时,多选择高斯热源和双椭球热源模型。基于以上对TIG电弧增材制造的分析研究,对TIG电弧增材制造的研究方向进行了展望,主要包括建立熔滴与熔池的物理耦合模型和改进电弧热源模型两方面。     

ZAlSi7Mg铝合金在深海环境中的腐蚀行为研究

为研究深海低温高压环境中ZAlSi7Mg铝合金的腐蚀行为,采用深海高效串型试验装置进行西太平洋海域腐蚀试验,利用SEM、EDS、XPS等技术分析了ZAlSi7Mg铝合金在500、800、1200和2000 m海深下的长周期腐蚀速率、点蚀深度、腐蚀形貌及腐蚀产物,并与中国南海海域深海腐蚀规律进行对比。结果表明：(1)ZAlSi7Mg铝合金在西太平洋500和2000 m深度处的腐蚀速率和腐蚀产物厚度均高于800和1200 m深度处,且随着海水深度增加,铝合金平均点蚀深度逐渐减小;(2)深海环境中ZAlSi7Mg铝合金的腐蚀类型主要是点蚀、缝隙腐蚀和晶间腐蚀;(3)在西太平洋深海环境中,试验深度较大处试样与较浅处试样相比,表面腐蚀产物中含Al化合物含量较高,而含Mg的化合物含量较低,腐蚀产物主要包括Al₂O₃、Al(OH)₃、Al₂SiO₅和Mg(OH)₂。(4)在西太平洋和中国南海同一海水深度处,ZAlSi7Mg铝合金的腐蚀速率和点蚀深度均存在较大差别。在中国...