7022铝合金的高温力学性能和材料本构方程研究

塑性成形过程中,金属在模具型腔中处于三向应力状态且其变形温度随着流变应变处于动态变化中,因此,合金的流变应力受变形温度、变形量等多因素的综合作用。利用高温压缩模拟试验和有限元分析软件,研究了7022铝合金在变形温度为350、400和450℃,应变速率为0.01、0.1、1和10 s^-1,总变形量为50%时的流变应力、变形温度与应变速率之间的关系;利用Arrhenius材料本构关系,构建了7022铝合金的材料本构方程。结果表明：在应变速率和变形温度的综合影响下,7022铝合金的峰值流变应力随着应变速率的增加以及变形温度的下降而升高,在变形温度为350℃、应变速率为10 s^-1的形变条件下流变应力达到最大,为156.0 MPa。并通过拟合曲线等方式得到7022铝合金的热激活能为144.332 kJ·mol^-1。     

7075铝合金高温变形及损伤极限

在350、400和450℃温度下,对7075铝合金拉伸试样进行了应变速率0.001、0.01和0.1s-1的恒应变速率法拉伸试验;对预缩颈试样进行了速度为0.9和9mm·min-1的恒速拉伸试验;利用DEFORM-2D有限元软件对恒速拉伸过程进行模拟。结果表明:变形温度为影响7075铝合金断裂极限的主要因素;7075铝合金在研究温度范围内C~L损伤模型临界损伤值在0.79~1.42范围内变化;棒料拉伸过程中损伤值由中心向表面逐渐减小。     

7050铝合金热压缩本构方程

利用Gleeble-3800热模拟试验机进行了7050铝合金热轧板材高向试样在应变速率0.01 s-1~3 s-1,变形温度为250~450℃条件下的恒速率等温压缩实验。得到了材料的流变应力曲线,分析了合金的流变应力变化特征,建立了合金的流变应力本构方程,为采用7050铝合金热轧板材作为坯料进行热加工工艺提供了理论依据。     

4032铝合金的高温压缩变形行为及本构方程

采用Gleeble-1500热模拟试验机对4032铝合金在变形温度370～490℃、应变速率0.02～5 s-1的条件下的流变应力进行了研究.分析了变形温度和应变速率对4032铝合金高温塑性变形应力的影响,计算出了激活能和应力指数值.建立了4032铝合金的本构方程.     

挤压态7075铝合金高温流变行为及神经网络本构模型

采用Gleeble1500D热模拟实验机研究挤压态7075铝合金在变形温度为250～450℃、应变速率为0.01～10s-1下单道次压缩过程的高温流变行为。结果表明:材料在350℃及以下变形时,流变应力曲线呈动态回复型;在温度为350℃以上、应变速率为0.1s-1时,流变曲线局部陡降明显;当应变速率为10s-1时,流变曲线发生波动,呈动态再结晶型;挤压态7075铝合金的流变应力曲线峰值应力及稳态应力均高于铸态合金的,且在变形温度较高时,挤压态材料更易于发生动态软化。基于BP神经网络建立挤压态7075铝合金的本构关系模型,预测值与实验值对比表明:所建立的本构模型整体误差在5.35%以内,拟合度为2.48%,该模型可以用于描述7075铝合金的高温变形流变行为,为该合金热变形过程分析和有限元模拟提供基础。     

7075-T6高强铝合金温热变形本构方程及热加工图北大核心CSCD

为了获得7075高强铝合金的温热成形合理变形的工艺参数,采用Gleeble-3500热模拟试验机测试7075-T6铝合金的应力-应变曲线。研究了该合金在变形温度为150~300℃和应变速率为0.01~10 s^(-1)条件下的流变行为,并基于Arrhenius本构方程建立了0.3~0.6应变下7075-T6铝合金的热加工图,最后结合金相显微组织验证了热加工图的可靠性和实用性。结果表明:7075-T6铝合金对变形温度、应变速率、应变量具有高度敏感性,热形变激活能Q=291.151 kJ·mol^(-1);修正后的Arrhenius本构方程的拟合结果良好,相关系数r值与平均绝对误差AARE分别为99.65%和5.54%,能较好地预测7075-T6铝合金的流变行为;在应变为0.6时,最佳的温热加工安全区域范围为温度为250~300℃、应变速率为0.01~0.05 s^(-1)。     

6082铝合金的高温本构关系

利用Gleeble-3500热模拟机,研究6082铝合金在350℃～500℃、应变速率10-2s-1～5s-1、最大变形程度60%条件下的热压缩变形行为。得到了高温下该铝合金的真应力-应变曲线。分析流变应力与应变速率和变形温度之间的关系,建立了高温热变形的本构关系。推导出包含Arrhenius项的Zener-Hollomon参数所描述的高温流变应力表达式。为减少应变的影响,建立4阶多项式对材料参数进行拟合,得到改进的本构方程,并与实验值进行对比。结果表明,应变速率和变形温度对6082铝合金流变应力有显著影响,流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的增大而增大。该合金属于正应变速率敏感材料,合金热变形过程受热激活控制,激活能为145.977kJ/mol。     

基于速率温度参数计算7075铝合金蠕变本构方程

针对高强铝合金蠕变数据存在幂律失效而难于拟合的问题,采用Monkman-Grant关系式,在经典时间温度参数模型的基础上,推导4种不同形式的速率温度参数模型。根据高强铝合金7075在34.4～148.9℃下的蠕变数据,利用多元线性回归方法,计算得出基于不同形式速率温度参数的材料稳态蠕变方程。结合统计检验方法,评价不同模型下蠕变方程的拟合效果。结果表明:在显著性水平5%的条件下,OSD’模型下稳态蠕变速率实测数据与拟合结果的对数差值不满足正态分布。OSD’、LM’模型下拟合数据的对数值无法完全落入理想拟合线双侧96.5%的置信区间内。RMB’、MH’模型下实测与拟合对数值之间的线性相关系数均大于0.994,对应的残差平方和分别为0.2797、0.2800。基于RMB’、MH’模型的蠕变本构方程可以较好地描述7075铝合金在实验条件范围内的稳态蠕变行为。     

考虑应变补缩的6063铝合金高温流变应力本构方程(英文)

为了建立精确模拟6063铝合金高温流变应力的本构方程,在温度为573~773 K和应变速率为0.5~50 s-1的条件下,采用Gleeble-1500热模拟机进行等温热压缩实验。结果表明:可以采用参数Z描述温度和应变速率对6063铝合金热变形行为的影响,建立的本构方程中的材料常数(α,n,Q和A)可以表示成应变的4次多项式函数。模拟结果表明:所建立的本构方程能精确预测6063铝合金高温流变应力,因此,本构方程适合用于模拟热变形过程,如挤压和锻造,并且可以在工程应用中正确设计变形参数。     

6111铝合金热变形行为及本构方程

利用Gleeble-1500热模拟机,研究6111铝合金在变形温度为350℃～550℃、应变速率为0.01s-1～10s-1的热变形流变应力行为。研究结果表明,6111铝合金为正应变速率敏感材料,且随着变形温度升高抗拉强度减小,其热变形经历了从应变硬化阶段过渡到稳态变形阶段的过程,软化机制主要为动态回复;采用Zener-Hollomon参数建立6111铝合金的本构方程,该方程可用于模拟6111铝合金材料一般加载情况下的热成形过程。     

时效温度对轧制态7075铝合金组织及性能的影响

对轧制态7075铝合金采用固溶和时效处理,观察并研究了显微组织、扫描断口。研究发现:不同时效温度下,轧制态7075铝合金晶内和晶界处不同程度析出第二相组织η相,基体晶粒大小有较大差异。其中时效温度为200℃时,晶内和晶界均匀弥散分布着大量第二相,基体晶粒细化;时效温度为220℃时,弥散分布在晶内和晶界的第二相明显减少,并且基体晶粒粗化。时效温度为200℃时,断口韧窝最大最深,表现出典型的韧性断裂。     

固溶温度对7075铝合金板材组织与力学性能的影响

对经不同温度固溶处理的7075铝合金板材进行了硬度和压缩试验。采用金相(OM)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)分析了7075铝合金轧板在固溶过程中微观组织的演变。结果表明,随着固溶温度的增加,7075铝合金的硬度和最大压缩强度先增加后减小,在520 ℃条件下固溶时达到峰值,这是由于固溶温度升高,有利于第二相溶入基体,但同时也会出现位错密度下降和晶粒长大等现象。板材的力学性能各向异性随着固溶温度的增加不断减弱,这是由于随着温度的增加,原始的变形纤维组织向等轴晶粒转变,并出现晶粒长大现象,材料的择优取向减弱。     

Microstructure characteristics and mechanical properties of rheocasting 7075 aluminum alloy

The microstructure characteristics and mechanical properties of 7075 aluminum alloy produced by a new rheoforming technique, under as-cast and optimized heat treatment conditions, were investigated. The present rheoforming combined the innovatively developed rheocasting process, named as ICSPC （inverted cone- shaped pouring channel） process, and the existing HPDC （high pressure die casting） process. The experimental results show that the ICSPC can be used to prepare high quality semi-solid slurry for the subsequent die casting. Compared with conventional HPDC process, the ICSPC process can improve the microstructures and mechanical properties of the cast tensile samples. An optimized heat treatment results in significant improvement in ultimate tensile strength. However, the ductility of the samples, both under as-cast and optimized heat treatment conditions, are relatively poor.     

高强7A62铝合金动态力学响应及其J-C本构关系

利用万能试验机和Hopkinson拉杆(SHTB)对7A62铝合金进行了准静态和动态拉伸性能测试,研究该合金室温及高温塑性流动应力动态响应特征,结合OM、SEM、TEM、DSC、LFA等测试对该合金的物理性能及原始微观组织进行分析。结果表明:7A62铝合金在大量高密度细小沉淀析出物粒子及亚微米级高熔点平衡析出粒子复合强化作用下,准静态屈服强度可达608 MPa。在室温动态变形过程中,该合金应变率强化效应显著。随着应变率高于684 s^-1时,合金屈服强度对应变率敏感性显著增强。在1100 s^-1、25~500℃条件下,合金表现出温度敏感性的沉淀强化相回溶及动态再结晶的热软化效应,500℃高温动态屈服强度超过200 MPa。在动态力学性能变化规律的基础上,建立了7A62铝合金的Johnson-Cook(J-C)本构模型。     

7075铝合金在复杂触变挤压过程中的显微组织和力学性能（英文）

采用复杂触变挤压技术制备7075铝合金弯头零件,随后采用SEM、TEM等分析方法研究材料在复杂触变挤压过程中显微组织和力学性能的变化。研究结果表明:7075铝合金弯头各部分的显微组织存在较大差异。反向挤压形成的薄壁部位的显微组织出现分层现象,而角挤压形成的零件底部表现为明显的变形组织,且剪切力可以促进晶粒和粗大第二相的破碎。材料中主要的强化相为η相和E相。在坯料加热至半固态和触变挤压的过程中,η相和E相会大量减少。经过热处理后η相和E相均匀析出,可提高材料的力学性能。经过触变挤压和热处理后,弯头零件的平均抗拉强度为485.49 MPa,平均伸长率为5.49%。     

7075铝合金变极性等离子弧焊接头组织与性能

采用ER5183焊丝对厚度10 mm的7075铝合金进行变极性等离子弧焊,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、万能拉伸试验机和显微硬度仪对焊缝的显微组织和焊接接头的力学性能进行了分析和测试. 结果表明,7075铝合金变极性等离子弧焊接头成形良好,无明显的熔合区;热影响区的组织粗大,焊缝处和热影响区的硬度分别为120.9和125.9;焊缝处的抗拉强度为367.6 MPa,约为母材强度的62.4%,为焊接接头的薄弱环节.     

Effects of rheoforming on microstructures and mechanical properties of 7075 wrought aluminum alloy

It is economically advantageous to cast wrought aluminum alloys directly into near-net-shape components.The objective of the present work is to take advantage of the rheoforming with 7075 alloy to improve the competitiveness of this emerging technology in the manufacture of wrought aluminum alloy.High quality semi-solid slurry was produced,in which primary α(Al) presents in diameter of 62 μm and shape factor of 0.78 and features no eutectics entrapped.Higher forming pressure results in small grain size,improved shape factor and higher density.Especially,rheoforming can effectively reduce the occurrence of hot tearing.The average yield strength and elongation of the rheoformed samples in the T6 condition are 483 MPa and 8%,respectively.     

Microstructure and mechanical properties of low frequency electromagnetic casting 7075 aluminum alloy

This work explores the microstructure of low frequency electromagnetic casting (LFEC) 7075 aluminum alloys and investigates the effect of heat treatment process on its mechanical properties via the mechanical properties test, X-ray diffraction and transmission electron microscopy. It was found that the grains of LFEC ingot were finer and more evenly distributed than that of the conventional direct chill cast (DC) ingots. The microstructure of LFEC ingot extruded kept their original as-cast structure with small and fine grains. With the same extrusion ratio, the average grain diameters of LFEC and conventional DC extruded were about 10 and 20 μm, respectively. LFEC extruded also had a better aging property, since the regime of T6 treatment peak value aging was at 120 C for 24 h, the tensile strength and hardness (HV) of the LFEC extruded were 673.50 MPa and 194.62, respectively, which were all higher than those of the conventional DC extruded, indicating that the process regime can be applied in the industrial production.     

7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能与疲劳断裂

针对7xxx高强铝合金的焊接研究现状,主要从TIG,MIG,激光焊及激光−电弧复合焊4类熔化焊工艺进行了介绍;从焊接缺陷、焊缝成形、接头软化、疲劳性能及耐蚀性等方面详述了7xxx高强铝合金熔化焊过程中存在的问题。对于7xxx高强铝合金的TIG,MIG,激光焊及激光−电弧复合焊,焊接缺陷、焊缝成形质量差及接头中强化相熔解等因素都会导致接头发生软化、耐蚀性变差及疲劳寿命降低;通过优化焊接工艺参数,减少焊接缺陷,改善焊缝成形质量,有利于改善接头的软化、耐蚀性差及疲劳寿命低等问题。选用合适的焊丝（含Ti,Zr元素及Er,Sc稀土元素）使焊缝产生沉淀强化、细晶强化及固溶强化,可改善接头软化的问题;采用适当的焊后热处理,改善强化相的尺寸、形态及分布状态,也可改善接头软化的问题;而采用适当的焊后热处理,还可以改善接头的耐蚀性。