7050-T7451铝合金预拉伸板材热膨胀系数变化规律及机理

针对平均热膨胀系数(CTE)对航空整体结构件热变形准确预测带来较大误差这一问题,利用热机械分析仪在25～500℃范围内对7050-T7451铝合金热膨胀系数进行准确测量,采用数值拟合方法获得铝合金7050-T7451热膨胀系数随温度升高的非线性变化规律。从铝合金7050-T7451材料的合金成分和金相结构变化角度,揭示铝合金7050-T7451热膨胀系数变化的材料学内在本质;分别采用平均热膨胀系数和准确热膨胀系数模型对工件变形进行预测分析。结果表明,与平均热膨胀系数模型相比,采用准确热膨胀系数模型时热变形最大相对计算误差由17.4%降为9.5%。     

7050T7451和7150T7751铝合金疲劳强度研究

航空用铝合金结构材料疲劳破坏时有发生,研究材料在交变应力下的疲劳特性具有非常重要的意义。采用成组法和升降法对7050T7451铝合金板材进行高周疲劳试验,获得P-S-N曲线,并用7150T7751铝合金进行试验,在较少样品数量下获得疲劳强度和S-N曲线。结果表明：应力比为0时,7050T7451铝合金疲劳强度为268 MPa,使用三参数幂函数可获得较好的P-S-N曲线拟合效果;7150T7751铝合金疲劳强度为280 MPa,S-N曲线应力S与对数寿命lgN存在线性关系。     

7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能与疲劳断裂

文中主要对7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊焊接接头组织性能和疲劳断裂进行研究,对焊件进行金相组织、硬度、疲劳试验,并根据试验结果进行分析。试验结果表明,焊核区和热力影响区组织有明显的分界,整个接头表面和截面的不同区域的组织有明显的不同,焊核区经历高温热循环,并且受到强烈的搅拌作用,发生了显著的动态再结晶,组织均匀细小,没有明显的方向性。热力影响区组织在搅拌摩擦焊接过程中主要受到热循环作用的影响,同时一定程度上受到了机械外力的作用,产生了较小的塑性变形,但储能不够,最终未出现动态再结晶。热影响受到热循环的作用,组织比母材要粗大,但没有发生明显塑性变形,仍具有母材纤维组织的特点。硬度试验的结果表明,母材区和焊核区的硬度比较大,而热影响区的硬度偏低,热力影响区的硬度在它们之间。通过对疲劳试验分析,应力水平为200 MPa时,试样在前进侧热影响区发生断裂,断口的表面较为粗糙。应力水平为250 MPa时,试样在焊核区发生断裂,断口表面较为平整。应力水平为300 MPa时,试样在母材处发生断裂,断口表面十分平整。创新点： 通过搅拌摩擦焊工艺形成的7050-T7451铝合金焊接接头,成形良好,技术优势突出,适用于航天航空等多个重要领域。     

7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊接头低周疲劳性能研究

对航空用5mm厚铝合金7050-T7451搅拌摩擦焊接头的低周疲劳性能进行了研究。在合适的焊接工艺参数及良好的焊接接头的基础上,进行了焊接接头的低周疲劳实验,得到了低周疲劳寿命表达式和应变-寿命曲线。用扫描电镜观察了疲劳断口的微观形貌并分析了疲劳断裂机理。结果表明：裂纹在接头底部启裂,沿前进侧热机影响区与焊核区的交界处扩展至断裂;试样在高应变下循环硬化和软化现象不明显;较低应变时有循环软化倾向。     

不同淬火转移时间处理的7050-T6铝合金剥落腐蚀行为

采用标准的剥落腐蚀浸蚀实验、剥落腐蚀后样品的强度损火测量以及电化学阻抗谱等技术,对固溶后经不同淬火转移时间处理的7050-T6态样品的剥落腐蚀行为进行研究。结果表明,7050-T6铝合金的抗剥落腐蚀性能随着淬火转移时间的延长而减小。背散射电子扫描连同透射电镜观察揭示,影响合金腐蚀性能的最主要因素是晶界的析出相覆盖率和析出相的微观组织,而晶界附近的贫溶质区对其不产生影响或影响较小。通过对合金进行静电势扫描发现,合金的剥落腐蚀敏感性与瞬态电势之间有很好的对应关系,即可以测试瞬态电势变化的数量来表征材料的剥蚀性能。     

双级时效对7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊组织及应力腐蚀敏感性的影响

采用搅拌摩擦焊方法对3 mm厚7050-T7451铝合金进行焊接,为改善接头应力腐蚀敏感性,焊后进行121 ℃ × 5 h + 163 ℃ × 27 h双级时效处理. 通过对微观组织、显微硬度以及应力腐蚀敏感性的分析,研究双级时效对焊接接头性能的影响. 结果表明,双级时效后晶粒发生粗化,晶界内析出相和周边无沉淀析出带(PFZ)变宽,导致在热影响区和热力影响区出现大量不连续晶界;接头热影响区的显微硬度有所下降,但范围明显变窄,接头组织的均一性得到改善;时效处理后的接头在进行应力腐蚀试验 60天后仍未发生断裂,而未经时效处理的接头在1天内全部发生断裂,说明双级时效有效降低了焊接接头的应力腐蚀敏感性.     

7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊焊缝缺陷分析

采用搅拌摩擦焊方法对5 mm厚7050铝合金进行了焊接,利用光学金相对接头缺陷及其形成原因进行了分析.结果显示,在参数不当的情况下出现的缺陷有飞边、孔洞、沟槽以及未焊合四种:飞边由表层金属过度软化导致;孔洞的产生则是焊速/转速比过大,焊缝中、下部材料塑性流动不充分引起;而沟槽是由于焊具下压量不足时,表面材料流动不充分产生;未焊合发生在焊缝底部,其产生原因是焊接热输入不足,焊缝底部再结晶程度低使得原始对接面材料间没有融合而存留.其中未焊合为主要的焊接缺陷,会严重降低接头力学性能,改变接头拉伸时的断裂位置和断裂模式.     

激光冲击强化对7050-T7451铝合金残余应力和力学性能的影响

对7050-T7451铝合金试样进行激光冲击强化,研究不同激光功率密度和冲击次数对铝合金残余应力和性能的影响.试验结果表明:激光冲击强化可以有效提高试样表面显微硬度,且硬度随着冲击次数的增加而增大,最高达172 HV0.05,较未强化试样提高了17％,硬度影响层深度可达750μm.当激光功率密度为7.28 GW/cm2...     

7050-T7451铝合金搅拌摩擦焊组织及性能分析

在不同的焊接工艺参数下对8mm厚的7050-T7451锚合金板进行 了搅拌摩擦焊接实验通过对焊接接头组织的分析,发现焊核区晶粒为明显的细化再结晶等轴晶;热机影响区晶粒沿流线方向拉长且有细小沉淀相在晶界上析出;热影响区的组织发生了晶粒粗化.沿焊缝横截面的显微硬度分布呈高-低-高-低-高的趋势,硬度最低处位于后退侧的热影响区.实验结果表明,在旋转速度为375r/min、焊接速度为100mm/min时,可以获得较好的焊缝组织织,抗拉强度达到了 452MPa.     

7050-T7451铝合金的搅拌摩擦焊接试验分析

在不同焊接参数下进行了7050-T7451铝合金的搅拌摩擦焊接试验,对接头显微组织进行了光学和TEM分析,并测试了接头的抗拉强度和硬度分布.焊接工艺参数通过影响接头微观组织和焊接缺陷来影响接头的力学性能,在转速800r/min和焊速200mm/min的情况下,接头的抗拉强度最高达到母材强度的88%.焊接热输入较高时,接头的拉伸断裂出现在热影响区,而热输入较低时,焊缝底部出现未焊合,接头从此处首先发生开裂.结果表明,焊核区发生了动态再结晶和沉淀相溶解;热影响区发生了沉淀相粗化,晶间出现无沉淀带.     

Coating residual stress effects on fatigue performance of 7050-T7451 aluminum alloy

The tendency of the aircraft industry is to enhance customer value by improving performance and reducing environmental impact. In view of availability, aluminum alloys have a historically tendency to faster insertion due to their lower manufacturing and operated production infrastructure. In landing gear components, wear and corrosion control of many components is accomplished by surface treatments of chrome electroplating on steel or anodizing of aluminum. One of the most interesting environmentally safer and cleaner alternatives for the replacement of hard chrome plating or anodizing is tungsten carbide thermal spray coating, applied by the high velocity oxy fuel (HVOF) process. However, it was observed that residual stresses originating from these coatings reduce the fatigue strength of a component.An effective process as shot peening treatment, considered to improve the fatigue strength, pushes the crack sources beneath the surface in most of medium and high cycle cases, due to the compressive residual stress field induced. The objective of this research is to evaluate a tungsten carbide cobalt (WC-Co) coating applied by the high velocity oxy fuel (HVOF) process, used to replace anodizing. Anodic films were grown on 7050-T7451 aluminum alloy by sulfuric acid anodizing, chromic acid anodizing and hard anodizing. The influence on axial fatigue strength of anodic films grown on the aluminum alloy surface is to degrade the stress-life performance of the base material. Three groups of specimens were prepared and tested in axial fatigue to obtain S-N curves: base material, base material coated by HVOF and base material shot peened and coated.Experimental results revealed increase in the fatigue strength of Al 7050-T7451 alloy associated with the WC 17% Co coating. On the other hand, a reduction in fatigue life occurred in the shot peened and coated condition. Scanning electron microscopy technique and optical microscopy were used to observe crack origin sites, thickness and coating/substrate adhesion.     

Effect of static mechanical load on intergranular stress-corrosion cracking of 7050-T7451 C-Ring specimens

ABSTRACT

In this paper, 7050-T7451 C-Ring stress-corrosion alternate immersion test in neutral 3.5% NaCl solution was conducted to investigate the mechanism of stress-corrosion cracking (SCC). The SCC sequence was proved to comprise dealloying, pitting, micro-cracks, and intergranular (IG) cracks. Besides, anodic dissolution characterised by reticular IG cracks within pitting zones and IG Dimple Rupture is suggested to be the main operative mechanism during this static stress-corrosion process. Since pitting originates from coarse constituents whose number can be reduced by optimised solution treatment, the formation of pitting can, therefore, be delayed by adopting more effective solution treatment before artificial aging to enhance the SCC resistance.     

固溶处理对7050铝合金厚板组织和性能的影响

采用差热分析(DSC)、室温拉伸、电导率测试、显微组织观察研究了不同固溶温度和固溶时间对7050铝合金厚板组织和性能的影响。结果表明,试验用合金的过烧温度约为486.3℃;随固溶温度升高,合金电导率下降,强度先升高后下降,热处理温度高于过烧温度后,伸长率迅速下降。在480℃×90 min条件下固溶处理时,T6时效态合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到600 MPa、525 MPa和15.0%。合金适宜的固溶处理制度为480℃×(90～120)min。     

Experiments and Simulations on Tensile Properties and Fracture Toughness of 7050-T7451 Aluminum Alloy Hole Specimens

针对飞机用7050高强铝合金含孔板件进行拉伸性能与断裂韧性的模拟分析与实验研究,并基于裂纹尖端塑性钝化能将常见拉伸性能与平面断裂韧性联系起来,在常规拉伸性能参数的基础上,定量计算出了含孔连接板的断裂韧性值,通过引入与试样几何形状、孔型大小有关的Z参数,表征了含孔构件断裂失效过程中的平面应力和平面应变分布状态与组成比例.研究表明:(1)Z参数联系了材料断裂韧性与构件断裂韧性,反映了含孔构件的几何形状与开孔大小对构件断裂韧性值的影响;(2)含孔拉伸试样的断裂韧性敏感于开孔在垂直于拉伸方向上的尺寸,并随该尺寸的增加而降低;(3)含孔拉伸试样的屈服应力,强度极限等强度指标主要受开孔沿垂直于拉伸方向的尺寸影响,而几乎与开孔在拉伸方向上的尺寸变化无关,但含孔拉伸试样的延伸率则正好与此相反.     

7A04铝合金超厚板的淬透性

采用万能力学试验机、光学显微镜、扫描电镜等手段,研究了7A04铝合金超厚板的显微组织、性能及淬透性。结果表明:225 mm厚的7A04铝合金热轧板材经过475 ℃×340 min的固溶淬火处理后,再进行120 ℃×24 h 时效,其表面的力学性能最好,抗拉强度为584 MPa,屈服强度为500 MPa,伸长率为11%;T/4厚度层力学性能最差,抗拉强度为396 MPa,屈服强度为257 MPa,伸长率为11%,强度与表面分别相差32%、49%。淬透深度为单面32 mm。通过调控化学成分、加大轧制压下量、增加淬火冷却速率等可改善板材表心力学性能之差,并提高淬透性。     

7050铝合金板在固溶过程中微结构与织构的演变

采用光学金相(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和织构材料(ODF)分析等研究7050铝合金热轧板在逐级升温固溶过程中微结构与织构的演变。结果表明:在固溶温度不超过490℃的条件下,板材中长条形再结晶晶粒平行于轧向分布,固溶板材与热轧板材的织构组态相似,均含有少量{001}100织构,晶粒取向主要聚集在β-取向线和α-取向线上;具有{124}211和{112}111取向的形变长条形组织由于回复和连续再结晶使其取向逐渐趋同,取向密度增强;最后经(475℃,12h)处理的样品中残留有Al2CuMg和Al7Cu2Fe相;而经(490℃,4h)处理的样品中,Al2CuMg相全部溶入基体,Al7Cu2Fe相仍然存在。     

2219-T87厚板搅拌摩擦焊沿厚度方向的性能差异

采用搅拌摩擦焊方法对35 mm厚的2219-T87高强铝合金进行了单道对接焊.结果表明,焊缝的抗拉强度可达274 MPa,且断裂于焊核区.用螺旋形搅棒焊接厚板时,焊接速度较慢,焊核区上部组织因温度较高,同时在螺旋产生的向下泵吸作用下,会产生比较粗大的疏松组织;而焊核区中下部组织则因温度较低,并在螺旋推力作用下形成比较细小的致密组织.焊核区上部的显微硬度存在一个下陷区,而中下部的显微硬度变化较为平缓.焊接厚度过大时,螺旋搅棒的泵吸作用引起焊核区上部组织疏松,并使其显微硬度下陷,是造成厚板搅拌摩擦焊缝强度不高且断裂于焊核区的原因.