7075铝合金的研究现状

7075铝合金具有强度高、韧性好的特点,是应用前景较佳的轻质高强结构材料。在查阅大量文献的基础上,结合近年来开展的研究工作,介绍了国内外7075铝合金的发展应用概况,重点讨论了该合金的焊接工艺,还介绍了合金的3种主要时效处理工艺和析出方式,并针对7075铝合金目前存在的问题,提出了今后研究开发的方向。     

7075铝合金的研究现状

7075铝合金具有强度高、韧性好的特点,是应用前景较佳的轻质高强结构材料。在查阅大量文献的基础上,结合近年来开展的研究工作,介绍了国内外7075铝合金的发展应用概况,重点讨论了该合金的焊接工艺,还介绍了合金的3种主要时效处理工艺和析出方式,并针对7075铝合金目前存在的问题,提出了今后研究开发的方向。     

自冲铆接凹模损伤对铆接质量的影响

采用了试验结合有限元仿真的方法,对自冲铆接(Self-Piercing Riveting,SPR)设备中的重要部件凹模出现的不同程度的损伤情况可能对SPR接头质量产生的影响进行了试验研究。对凹模的受损情况进行统计分类,根据凹模的受损程度将凹模分为早期受损、中前期受损等5个级别。使用不同受损程度的凹模对厚度为1. 5 mm的A6111铝板进行自冲铆接,测量铆接接头的外观质量与接头剖面几何参数。通过拉伸-剥离仿真试验,探究凹模断裂损伤对SPR铆接接头的连接质量的影响。试验结果表明:凹模损伤会对接头表面外观质量造成损伤,并且会随着凹模损伤程度的增加而增大;凹模没有发生断裂时,凹模损伤对接头剖面的几何参数不会产生太大影响;凹模发生断裂,会降低接头的连接质量。     

热处理对7075铝合金应力腐蚀及断口形貌的影响

采用预裂纹双悬臂梁(DCB)试样研究了7075铝合金的应力腐蚀行为.结果表明,四种不同热处理状态合金的应力腐蚀敏感性由高向低的排列顺序为T6>G180>RRA>T7351.不同热处理状态的7075铝合金试样在干燥空气中的SSRT拉伸断口形貌都是由韧窝剪切台阶组成,属于韧窝型延性断裂.在3.5%NaCl溶液中,应力腐蚀敏感性较高的T6状态铝合金,其断口形貌是由塑性韧窝和腐蚀平坦区组成的,而应力腐蚀敏感性较轻微的7075-G180铝合金,属韧性断裂.     

7075铝合金预拉伸板淬火后残余应力的有限元模拟

运用有限元软件MSC.MARC对7075铝合金板材淬火过程进行模拟.在获得淬火残余应力的基础上,假设钳口夹持区域为理想刚端,根据材料力学、金属塑性变形等基本原理,利用有限元数值模拟计算方法,建立起该状态下的预拉伸模型.模拟了不同预拉伸量和不同拉伸速度对削减毛坯淬火残余应力的影响以及计算了钳口夹持区域的锯切量.结果表明:拉伸量为3%时,残余应力消除量约为96%,锯切量为21.6%,完全符合航空铝合金厚板生产工艺的规定.     

Zn含量及回归热处理对7075铝合金性能的影响

采用铸锭冶金法制备高Zn含量（质量分数为10.8%）的7075铝合金,用金相显微镜、扫描电镜和能谱分析等分析了提高Zn元素含量后7075铝合金显微组织的变化,并研究了不同回归热处理对该合金力学性能的影响。结果表明,Zn元素质量分数提高到10.8%时,合金晶粒得到细化,在T6状态下,合金抗拉强度达到650 MPa,屈服强度为620 MPa,其抗拉强度和屈服强度较常规7075铝合金分别提高了10.2%和13.8%,但伸长率较低,仅为2.8%;含10.8%Zn的7075铝合金经优化后的回归热处理（120 ℃×12 h+190 ℃×10 min+120 ℃×16 h）后,抗拉强度为714 MPa,屈服强度为690 MPa,伸长率为8.3%,其较T6状态下分别提高了9.8%、11.3%及196%。     

基于Deform-2D的铝合金板料自冲铆接质量的研究

以电动汽车电池箱中铝合金板料的铆接为研究对象,利用Deform-2D软件,建立板料自冲铆接的有限元模型,并对两层1. 5 mm料厚的5052-H32铝合金板料的自冲铆接过程进行有限元仿真,借助铆接设备与安装模具对仿真结果进行试验验证,得到互锁长度、残余厚度和钉头高度的模拟值与试验值之间的相对误差分别为11. 46%、5. 37%和2. 86%,从而验证了有限元仿真的正确性。在有限元仿真的基础上,分析了工艺参数对板料铆接质量的影响变化趋势。研究结果表明:互锁长度随着模具凸台高度以及铆接速度的增加而增大,而随着模具深度的增大呈现不断减小的趋势;钉头高度与残余厚度随着模具凸台高度及铆接速度的增加而不断减小,而随着模具深度的增加则呈现逐渐增大的变化规律。     

航空铝合金自冲铆接接头微观失效研究

采用自冲铆接技术实现了2A12和6061航空铝合金薄板材料的有效连接,通过进行拉伸-剪切测试,从宏观层面分析了接头静失效形式,从微观层面研究了接头拉脱失效和基板断裂失效机理。结果表明：航空铝合金自冲铆接接头的主要静失效形式为拉脱失效,并有接头伴随纽扣脱落现象,同时有上板断裂和下板断裂的失效形式出现。对拉脱失效机理进行分析,从宏观上发现接头有明显的刮蹭和大幅的塑性形变;从微观上发现,上板的断裂失效机理为沿晶断裂和局部显微孔洞聚集,下板的断裂失效机理为板材上下边缘区域以剪切断裂为主、靠近试样厚度中心区域以微孔洞聚集型正断为主。     

摩擦加热AZ31镁合金板材的自冲铆接

采用摩擦加热的方法对2 mmAZ31镁合金板材进行加热,然后对其进行自冲铆接.对摩擦加热过程中板材的温度变化、板材的表面损伤、自冲铆接效果以及铆接接头的剪切和疲劳性能进行了研究.结果表明,摩擦加热可以将板材的温度迅速提高到自冲铆接所需要的温度,加热过程会对板材表面造成一定损伤,但损伤程度轻微;将镁合金板材摩擦加热至180℃以上再进行自冲铆接可以有效避免板材的开裂,消除裂纹,增加铆钉与板材之间的互锁量,因而可获得具有优良剪切及疲劳性能的自冲铆接接头.与电热板加热同类型镁合金板材的自冲铆接接头相比,摩擦加热自冲铆接接头的剪切强度及疲劳性能均有所增加,这表明摩擦加热对板材表面造成的轻微损伤对铆接接头的力学性能几乎没有影响.     

热处理制度对7075铝合金显微组织和性能的影响

研究了7075锅合金固溶处理后双级时效热处理工艺,分析了双级时效工艺对7075铝合金显微组织和硬度的影响。结果表明,经470℃×20 min固溶后,再经(115±5)℃×6h 170℃×(14～16)h二级时效时能获得较好的综合性能,为7075铝合金时效热处理工艺参数的确定及优化提供参考依据。     

多向锻造对改善7075铝合金性能的作用

研究了多向反复锻造对7075铝合金显微组织的细化作用。结果表明，经多向反复热锻，7075铝合金的晶粒尺寸可以减小到2μm以下，并具有良好的热稳定性。淬火时效后，在强度与常规状态相当的情况下，拉伸伸长率可达18％。     

中断时效对7075铝合金切削表面质量及刀具磨损影响研究

目的 探究中断时效工艺对7075铝合金切削加工性能的影响,为中断时效工艺对材料切削加工性能的改善提供理论依据。方法 选取仅进行T6时效处理的试样作为对照组,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等手段对已加工表面质量、切削力及刀具磨损进行分析。结果 经不同时效处理后,7075铝合金的主要析出相为η(MgZn2)相,且相较于T6热处理工艺的7075铝合金,7075-T6I4铝合金表现出更高的衍射峰强度及更大的半高宽。在不同的时效处理条件下,表面粗糙度Ra均与切削速度呈负相关关系,而与切削深度、进给量呈正相关关系,仅T6时效处理时,表面粗糙度Ra随切削深度的增大呈先增大后减小再增大的变化趋势,在不同切削速度下,与T6时效处理相比,T6I4中断时效处理的表面粗糙度Ra最大降低了5.8%,而在不同切削深度和进给量下最大降低了1.9%和17.1%,且工件表面主要存在切屑黏附、微裂纹以及微孔洞等缺陷;切削力在切削速度为500~750 m/min时呈增大趋势,随后又逐渐减小,然而与切削深度、进给量之间则呈正相关关系,仅经T6I4中断时效处理后的y向切削力在进给量为0.06~0.08 mm/z时逐渐减小,随后呈增大的变化趋势。增大切削速度以及减小进给量均可有效改善刀具磨损程度,且在切削过程中刀具磨损形式主要表现为崩刃和黏结磨损。结论 与T6时效处理相比,T6I4中断时效处理表现出更好的表面质量、更小的切削力及更轻的刀具磨损,较大的切削速度和较小的进给量、切削深度有助于提高7075铝合金的切削加工性。     

7075铝合金机加框开裂分析

材质为7075高强度铝合金的机加框在装配过程中在靠近腹板R过渡处出现开裂.对断口进行观察,并借助化学成分分析、金相和力学性能检测等手段,对7075铝合金的开裂原因进行了分析.分析结果表明,该铝合金机加框的开裂是由于残余应力在R过渡处的应力集中造成的应力开裂,不合理的固溶热处理制度使得铝合金机加框的力学性能不符合标准要求,是发生开裂的内在因素.在此基础上提出了相应的改进措施.     

等离子体处理对AA7075铝合金表面特性及胶接性能的影响

目的 改善AA7075铝合金的胶接性能及表面特性,提高胶接强度,研究等离子体处理对AA7075铝合金表面特性的影响。方法 采用低温空气等离子体处理设备对AA7075铝合金进行表面处理,改变等离子体处理距离及处理速度,通过胶接及拉伸剪切试验对AA7075铝合金胶接强度进行测试,并利用SEM、AFM、接触角测量仪、FTIR、XPS等对铝合金表面的物化特性进行表征和分析,探究等离子体处理对铝合金胶接性能的影响及机理。结果 当等离子体处理距离d为5 mm,速度v为2 mm/s时,AA7075铝合金胶接接头强度最大为14.56 MPa,与丙酮处理及未处理相比,分别提高约80％、200%。接头拉伸载荷位移曲线及破坏形貌表明,接头内聚破坏程度增大,胶粘剂呈内聚破坏形态分布在铝合金两侧。随着处理距离从10 mm降低至5 mm,铝合金表面部分污染物可以有效清除,表面最大高度差从221.8 nm降低至121.6 nm,表面微米级粗糙轮廓增加。同时,表面水接触角从46°降低至26°,表面自由能及极性分量增加,铝合金表面润湿性及表面吸附性能提高。表面FTIR、XPS测试表明,等离子体处理可以改变AA7075铝合金表面C1s、O1s、Al2p、N1s、Mg1s等元素含量占比,表面C—C、C—O和O—C=O基团含量减少,OH、Al—O等极性基团增多,铝合金表面活性明显增加。结论 等离子体处理可以显著提高AA7075铝合金胶接强度,胶接接头失效模式由单一界面失效转变为胶粘剂内聚失效。等离子体处理通过改善AA7075铝合金表面润湿、黏附性能,增大粘结面积,同时提高表面极性基团及表面活性,使铝合金与胶粘剂胶接界面形成化学键合作用,从而提高其与胶粘剂界面的粘结强度。     

深冷处理对7075-T6铝合金高速切削亚表层微细观演变及腐蚀机理的影响研究

目的 探究切削速度对经深冷处理和未经深冷处理的7075-T6铝合金微观组织演变机理和耐腐性的影响。方法 选取经深冷处理(T6-C)和未经深冷处理(T6)的7075-T6铝合金进行切削加工,并在3.5%(质量分数)NaCl溶液中进行电化学腐蚀实验。通过透射电镜(TEM)、HRTEM、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学分析,对微观组织演变、表面形貌和耐腐蚀性能进行研究。结果 在相同的切削参数下,相较于T6铝合金,T6-C铝合金表现出更小的晶粒尺寸,铝基体中存在更多的析出相——η相MgZn2,且位错密度以及析出相密度更大,无析出晶界带为断续分布。深冷处理和增大切削速度都显著提高了7075-T6铝合金的耐腐蚀性能,且腐蚀形貌存在显著的龟裂现象。通过电化学分析得知,当切削速度为1 500 m/min时,与未深冷处理相比,深冷处理后的7075-T6铝合金的电流密度减小了3.24×10⁻⁶ A/cm²,极化电阻增大了1.68×10⁵ Ω.cm²,在该参数下表现出较好的耐腐蚀性能。与此同时,随着切削速度的增大,容抗弧半径呈增大的变化趋势,且相较于T6铝合金,T6-C铝合金具有更大的容抗弧半径。结论 深冷处理可以有效细化7075-T6铝合金的晶粒结构,进而强化位错密度,从而显著提升该合金的耐腐蚀性能。     

Composition Homogenization Evolution of Twin-Roll Cast 7075 Aluminum Alloy Using Electromagnetic Field

在利用双辊连铸机生产7075铝合金中,会发现许多微观缺陷,如粗大完整的枝晶和严重偏析等。利用金相和SEM测定了7075板坯组织形貌和相成分,并通过与传统生产方式的对比,研究在铸轧工艺中施加0.13 T大小的电磁场对溶质成分分布的差异。就板材显微组织大量细化和偏析带缩小而言,最有效的方式是386 A,50 Hz工频电流下交变振荡电磁场铸轧工艺。另外,晶界处存在大量t(AlZnMgCu)相,并按照直流磁场、半波振荡磁场和交变振荡磁场顺序逐渐均匀细化。并且在振荡电磁场下网状沉淀相完全消失。     

静电雾化机理及微量润滑铣削7075铝合金表面质量评价

目的 针对传统气动雾化微量润滑雾化性能差、环境气雾浓度高以及参数化可控性差的技术难题,设计了静电雾化微量润滑铣削供给系统。研究了铣刀工件约束界面的气流场并进行了静电雾化微量润滑(Electrostatic Minimum Quantity Lubrication,EMQL)机理分析与7075铝合金铣削表面质量评价。方法 通过分析铣刀工件约束界面气流场的分布情况,对气流场中的涡流场速度分布情况进行了理论建模,基于圆周涡流与进入涡流的动力学特征建立了喷嘴最佳射流位姿模型。研究了EMQL的荷电与雾化机理,在此基础上,进行了不同润滑条件下的铣削7075铝合金实验,包括干切削、浇注式、EMQL。测量了不同润滑条件下的铣削力、铣削表面粗糙度(Ra、Rsm),此外,对2种参数条件下EMQL获得的加工表面轮廓进行了自相关分析。最后,分析了荷电润滑剂在切削区的微观作用机制。结果 在实验铣削参数条件下,进入涡流的诱导半径为0.007 m,最佳位姿参数设定如下:射流点到工件表面的距离lz=9.7 mm,射流点到铣刀边缘的距离ly=11.5 mm,喷嘴与工件水平方向的夹角γ≈40°。与干切加工相比,EMQL获得的铣削力降低了15%、18.6%;此外,与干切削相比,30 kV条件下的EMQL获得的Ra、Rsm分别降低了15.5%、25%,并且相比于20 kV的电压,30 kV的EMQL铣削表面轮廓自相关分析曲线显示出更优异的表面质量;浇注式润滑获得了最佳的表面质量(Ra=0.221 μm、Rsm=0.037 μm)。结论 荷电液滴能够提升摩擦界面毛细管的渗透性能,并且毛细渗透长度可以在提升电压的条件下增加,在高电压条件下的EMQL相比于低电压条件下的EMQL展现出更好的铣削性能。     

7075高强度铝合金锻造晶粒细化原理的数值仿真研究

采用考虑热机耦合效应的刚塑性有限元方法,对正方体形7075铝合金的锻造过程和晶粒细化过程进行了数值模拟,所采用的晶粒细化模型为Yada模型.结果表明,锻件内的应力、应变、应变速率、温度分布不均,模型中心区域为易变形区,4个纵向棱边区和以上下接触表面为底面的接触锥形区为难变形区.细化首先开始于易变形区,再相继扩展到纵向棱边区和接触锥形区.应变速率和温度是决定晶粒尺寸的主要因素.增加应变速率,可使晶粒尺寸变小,但高应变速率使得锻件升温;而温度升高,使得晶粒尺寸长大.有利于晶粒细化的锻造工艺条件为:温度350℃～400℃,应变速率70 s-1～100s-1,道次压缩比20%～25%.讨论了Yada模型的局限性,指明了它的适用范围.     

Influence of Ultrasonic Rolling on Corrosion Resistance of 7075 Aluminum AlloyEI北大核心CSCD

表面纳米化处理是一种有效改善耐腐蚀性能的手段,但受表面粗糙度和残余应力等因素的影响,其相关机制并不清晰。 运用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)研究经超声表面滚压工艺(USRP)处理后 7075 铝合金的组织和性能。结果表明： 经 1 道次和 15 道次 USRP 处理后,7075 铝合金表面粗糙度减小并且引入了残余压应力。滚压 15 个道次的试样表面能获得平均晶粒尺寸为 52 nm 的纳米晶。相较于未处理试样,经 1 道次和 15 道次 USRP 处理后试样的耐腐蚀性能均显著提高。其中, 滚压 15 个道次试样的耐腐蚀性能提升更为显著。这主要是因为纳米晶可以使材料表面形成更加致密的钝化膜,导致其耐腐蚀性能显著提高,而表面粗糙度降低和引入残余压应力是提升耐腐蚀性能的次要因素。对比分析残余应力、表面粗糙度和表面纳米晶对 7075 铝合金耐腐蚀性能的影响,揭示了 7075 铝合金经表面纳米化处理后耐腐蚀性能提升的机制。