Effect of Electromagnetic Field on the Micromorphology of Twin-roll Cast 7075 Alloy

利用电磁场的影响,生产铸轧合金板材,主要通过光学显微镜对7075合金的微观形貌和晶体尺寸进行研究。结果表明,同传统铸轧板材方式相比,670℃下交变振荡电磁场铸轧7075板材的枝晶严重被破坏,拉伸,细化和等轴化。同时,在静磁场条件下的铸板微观组织一定程度上细化和被拉伸,实验条件为励磁电流100 A。中心偏析带在直流磁场和交变振荡磁场条件下明显减轻,然而后者的影响效果更为突出。在表面和横截面处,7075板材硬度依次随着传统铸轧、静磁场铸轧和交变振荡磁场铸轧顺序增加。随着电磁强度增加,板材的强度和性能得到进一步改善。无论板材何处,升高温度都会使电磁场作用效果提高。     

Effect of Oscillating Field on Microstructure of Twin-roll Cast 7075 Aluminum Alloy

研究了在670℃下,振荡磁场双棍铸轧对7075铝合金成型板材微观形貌和硬度影响。结果表明,同传统方式铸轧相比,采用振荡电磁场铸轧板材的枝晶被严重碎断、细化和等轴化。在此条件下7075板材的表面及中心的偏析程度大幅减轻,并且在交变振荡场的作用下偏析完全消失。普通铸轧条件下板坯横向和轧向的HV硬度值分别为1104和1356 MPa;采用电磁场后,在交变振荡场下获得最大硬度为1615 MPa;除此之外,当磁场强度增加,板材性能会进一步提高。另外发现,无论在何种磁场条件下,升高浇注温度后,外加电磁场的细化作用效果增强。     

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。     

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％。     

脉冲电场下的7075双辊铸轧板热变形行为

在变形温度250~350 ℃和应变速率0.001~0.01 s^-1的条件下进行热拉伸试验,研究了厚度为5 mm的7075合金传统铸轧板和电脉冲铸轧板的微观组织和热成形性能。实验用脉冲电流参数为：单周期脉宽0.005 s和峰值强度300 A。结果显示,脉冲电流能够促进凝固过程的枝晶细化,并诱发组织均匀化。由于电磁振荡增强了凝固过程中溶质混合能力,极压电流有效地促进了晶粒细化和析出相的均匀化。同时,面心立方（fcc）铝合金铸轧板织构具有{423}<144>取向,经脉冲电流改性后,取向为{421}<216>。脉冲电流处理后的合金峰值流动应力约为未处理合金的1.1~1.3倍。电子背散射衍射分析表明,脉冲电流通过促进动态再结晶的方式,有效地改善了晶粒的择优分布。在此基础上,分别建立了铝合金带材的双曲正弦方程和含Zener-Holloman参数的本构模型。此外,通过对断口形貌的观察发现,脉冲电流的引入有利于提高7075铝合金的高温机械性能。最后建立了优化的工艺流程图,并确定了适宜的热加工温度为290~330 ℃和应变速率为0.001~0.002 s^-1。     

电磁搅拌铝合金熔体速度场计算及分析

为优化电磁搅拌工艺,用ANSYS软件对圆柱形铝合金熔体速度场进行了数值模拟.结果表明:在小于0.86倍熔体半径的范围内,熔体切向运动为强迫涡.涡核旋转角速度约为电磁场同步转速的1/26.涡核与坩埚壁间的熔体径向流层间具有较大的剪切速率,这对增强颗粒的润湿复合以及半固态组织的获得有利;而在涡核内,剪切速率接近于0,因此没有这种作用.采用环状熔体是解决该问题的办法之一.熔体纵切面内剪切速率的计算结果表明,剪切速率随半径增大而增大,而在高度方向上,则呈现中间大、上下两端小的特点.运动轨迹的计算说明,总体上,熔体质点呈螺旋式上升,但底部熔体流速低,且其运动范围基本上限于底部,易导致增强颗粒沉淀于底部,不利于其均匀分布.     

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.     

铜辊套在5052铝合金双辊连续铸轧生产中的应用

研究了从德国引进铜辊套在双辊连续铸轧生产5052铝合金应用情况,通过制定与铜辊套铸轧生产相匹配工艺,生产出了符合标准要求的5052铝合金铸轧坯料和冷轧产品。结果表明,铜辊套铸轧可以生产出一些传统铸轧法不能生产的、合金含量高、成分复杂的铸轧产品,并具有提高铸轧速度、提升生产效率的潜力。     

低频电磁铸造4045铝合金的微观组织

采用低频电磁半连续铸造技术制备4045铝合金铸坯,比较了常规DC法与低频电磁铸造4045铝合金圆锭(直径100mm)微观组织的形貌。重点考察在15Hz～50Hz范围内,不同的磁场频率对电磁铸造4045铝合金圆锭微观组织的影响。结果表明：电磁场频率的改变可显著影响熔体的凝固组织,频率为30Hz时,其组织最为细小和均匀。     

高频电磁场对灰铸铁石墨形态的影响

采用频率为50 kHz的高频电磁场对灰铸铁熔体进行处理,探讨了高频线圈匝数、通电电流和处理时间对灰铸铁凝固组织的影响.试验结果表明,高频磁场有效地改变了灰铸铁的石墨形态,使长直粗大的片状石墨变成均匀细小弯曲的形态.合适的线圈匝数和电流大小能够在短时间内达到显著的细化效果,其主要原因是电磁力引起的剧烈电磁搅拌作用和高频感应热效应.     

铝合金连铸过程中电磁场对液穴形态及微观组织的影响

在低频交变电磁场作用下,对7075铝合金CREM法半连铸过程中,熔体弯液面形状随磁场强度及磁场频率的变化、以及15Hz条件下,液穴状态及相应的微观组织结构随磁场强度的变化进行了试验研究。结果表明：随着磁场强度及磁场频率的增大,弯液面曲率半径减小;并且当磁场频率一定时,随着磁场强度增加,弯液面曲率半径及熔体与结晶器接触高度减小,初凝亮形成位置点降低,液穴深度变浅。相应地,铸锭中近球形组织增加,蔷薇形组织减少,整体组织变得更加细小和均匀。     

Investigation of Out-Phase Electromagnetic Casting of Aluminum Alloy

The influences of out-phase electromagnetic field on the as-cast structure of horizontal direct chill casting aluminum alloy ingot were experimental by and numerical by studied. The results of numerical analysis show that the interaction of the out-phase electromagnetic field and the melt can generate an electromagnetically induced forced flow in the melt, which, in turn, changes flow pattern and temperature field in the mold. The as-cast structure of the ingot can be greatly improved by the changes of flow...     

低频电磁水平半连续铸造中磁场的分布及其对宏观偏析的影响

采用数值模拟的方法研究了低频电磁水平半连续铸造7075铝合金中不同强度及频率的磁场在熔体中的分布,并采用试验的方法研究了不同条件的磁场对铸锭宏观偏析的影响.将使用传统水平半连续铸造生产出的铸锭与低频电磁水平半连续铸造生产的铸锭进行了比较.研究结果表明:在传统水平半连续铸造工艺条件下,铸锭中易出现较严重的负偏析及重力偏析;然而,在低频电磁水平半连续铸造过程中,低频电磁场的存在明显削弱了铸锭中的宏观偏析.此外,磁场在熔体中的分布情况将直接影响其作用效果,提高磁场强度及适当降低磁场频率均有利于对宏观偏析的改善.     

Simulation of Grain Growth during Solidification of Twin-Roll Continuously Cast Pure Aluminum with a Modified CA Model

基于枝晶生长的基本传输过程和元胞自动机(Cellular Automaton,简称CA)-有限元(Finite Element,简称FE)模型基本原理,建立了适应双辊连续铸轧纯铝薄带工艺特点的凝固过程形核和晶体生长的数学模型。模型耦合了宏观温度场和微观组织模拟计算,考虑了溶质扩散、曲率过冷和潜热释放等重要因素的影响,能够模拟凝固过程中枝晶生长的形态。应用本模型对双辊连续铸轧纯铝薄带凝固过程中等轴晶生长、等轴晶多晶粒生长及柱状晶生长、柱状晶向等轴晶演化进行模拟并与实验结果进行对比,模拟结果与实验结果吻合较好     

7075铝合金预加热处理对自冲铆接质量的提升

针对7075铝合金延展率低从而造成SPR(Self-Piercing Riveting)自冲铆接过程中出现裂纹的问题,提出了对7075铝合金板材进行预加热处理的方法,使用厚度为2 mm的7075铝合金板件作为下层板与厚度为1.2 mm的RC5754铝合金板件作为上层板进行SPR铆接,对比7075铝板预加热处理前后的SPR铆接质量,并且对预加热处理前后的7075铝合金板件进行拉伸比较实验。实验结果表明:通过预加热处理,7075铝合金延展率得到提升。通过预加热处理,7075铝合金在SPR铆接过程中出现裂纹的问题得到了解决。     

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。     

Si-Assisted Solidification Path and Microstructure Control of 7075 Aluminum Alloy with Improved Mechanical Properties by Selective Laser Melting

The construction and application of traditional high-strength 7075 aluminum alloy (Al7075) through selective laser melting (SLM) are currently restricted by the serious hot cracking phenomenon. To address this critical issue, in this study, Si is employed to assist the SLM printing of high-strength Al7075. The laser energy density during SLM is optimized, and the effects of Si element on solidification path, relative density, microstructure and mechanical properties of Al7075 alloy are studied systematically. With the modified solidification path, laser energy density, and the dense microstructure with refined grain size and semi-continuous precipitates network at grain boundaries, which consists of fine Si, β-Mg₂Si, Q-phase and θ-Al₂Cu, the hot cracking phenomenon and mechanical properties are effectively improved. As a result, the tensile strength of the SLM-processed Si-modified Al7075 can reach 486 ± 3 MPa, with a high relative density of ~ 99.4%, a yield strength of 291 ± 8 MPa, fracture elongation of (6.4 ± 0.4)% and hardness of 162 ± 2 (HV_0.2) at the laser energy density of 112.5 J/mm³. The main strengthening mechanism with Si modification is demonstrated to be the synergetic enhancement of grain refinement, solution strengthening, load transfer, and dislocation strengthening. This work will inspire more new design of high-strength alloys through SLM.     

7075铝合金电动自行车车架GTAW焊接过程温度场的三维有限元分析及工艺优化

采用焊接专用有限元分析软件对7075高强铝合金电动自行车车架GTAW焊接过程进行数值仿真,分析不同热输入条件下的温度场分布和熔池形态,探索其最优热源参数.结果表明:在最优热源参数下,达到准稳态时的熔池长度为10mm,熔宽为6mm,熔池最高温度不超过1100℃.此外,分析了最优热源参数下的焊接热循环特性.研究结果可为下一步预测焊接变形和残余应力的分布提供热学方面的理论借鉴.     

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.     

7075铝合金循环载荷下残余应力松弛的实验研究

采用淬火和喷砂2种强化工艺引入残余应力,分析循环应力作用下7075铝合金应力松弛现象。基于应力松弛机理讨论了2种不同强化工艺下残余应力松弛规律的异同。结果表明,加载应力状态与大小、残余应力的初始分布和冷作硬化是影响残余应力松弛的主要因素。