2A12厚板铝合金淬火过程有限元建模研究

淬火残余应力可能造成工件淬后裂纹、削弱其疲劳强度以及造成其体积和形状的变化.在需要进行淬火处理的厚板结构铝合金零件中,这一情况尤为显著.因此,对厚板铝合金淬火过程进行有限元模拟,预测其淬后残余应力大小及分布,具有十分重要的意义.本文运用ABAQUS/Standard软件建立了2A12厚板铝合金的淬火过程有限元模型,并用反传热算法确定了以聚乙撑二醇(PAG)溶液作为淬火介质时的换热边界条件.为了验证模拟结果的可靠性,应用X射线法对厚板淬火残余应力进行了测量.模拟结果与实测数据具有较好的一致性,表明本文建立的有限元模型具有较高的精度.     

新淬火状态2A12铝合金的成形极限

对室温下分别时效10,20,30min的9种尺寸新淬火状态2A12铝合金试样在3种润滑(固体润滑,液体润滑和无润滑)条件下进行了胀形试验,得到了该铝合金的成形极限图,分析了时效时间对成形性能的影响。结果表明:时效10min时新淬火状态2A12铝合金仍具备良好的成形性能,但随时效时间的延长,成形极限曲线下移,铝合金的塑性变差,成形安全区变小;2A12铝合金成形加工前的自然时效时间应控制在10min以内。     

2A12铝合金不同方法腐蚀疲劳的寿命及断口形貌

对2A12铝合金进行预腐蚀和腐蚀疲劳交替的腐蚀劳试验,将腐蚀疲劳交替条件下的理论疲劳寿命和实际疲劳寿命进行对比,并观察了不同腐蚀条件下的断口形貌。结果表明:在交替周期为4d时,理论疲劳寿命与实际疲劳寿命两者之差达到25%以上;预腐蚀疲劳试样的断口上存在很多韧窝;在腐蚀疲劳交替作用下试样的断口为极不规则的腐蚀形貌。     

激光功率对2A12铝合金淬火组织的影响

通过改变CO2连续激光器的功率,对2A12铝合金试样进行激光表面淬火热处理,并对淬火时效后的组织进行金相分析、显微硬度测试.研究结果表明,功率对2A12铝合金激光淬火组织的影响比较显著.由于2A12铝合金是过烧敏感性最大的硬铝合金,在激光扫描速度、保护气体流量等工艺参数一定的条件下,激光功率过大,得到的是过烧的淬火组织,晶界局部变粗,并出现共品液相球.激光淬火后,显微组织和基材相比明显细化,显微硬度也明显提高.正常淬火表面的显微硬度明显高于过烧表面的显微硬度,比过烧表面的显微硬度高9%.     

腐蚀疲劳交替下2A12-T4航空铝合金的寿命分析研究

基于飞机服役期间经历“地面腐蚀与空中疲劳”的交替损伤模式,考虑载荷间的相互作用,研究了航空铝合金2A12-T4在预腐蚀与“腐蚀+疲劳”交替模式下疲劳寿命的退化与损伤累积规律。同级加载条件下提出利用腐蚀疲劳耦合损伤指数和迟滞载荷用来描述考虑交替腐蚀疲劳损伤模式,用各级疲劳损伤间的相互影响及腐蚀损伤与疲劳损伤在服役工作期间的耦合作用来描述腐蚀、疲劳间的相互促进、加速劣化的现象。基于损伤力学和非线性累积理论,考虑载腐蚀疲劳耦合指数与迟滞载荷对传统的Miner线性累积损伤理论进行修正。建立了飞机结构材料的寿命计算模型,并将模型计算结果与试验结果进行对比验证。确定了腐蚀实验中的腐蚀耦合损伤,并利用低载锻炼效应理论得出均匀分布的迟滞载荷。计算结果表明,本文提出的寿命计算模型的结果与实验结果比较吻合。     

腐蚀/疲劳交替作用下2A12-T4铝合金的损伤特性

对2A12-T4铝合金进行腐蚀/疲劳交替试验,探讨了其在腐蚀/疲劳交替作用下的损伤特性。结果表明:腐蚀和疲劳的耦合作用加剧了疲劳寿命的下降,腐蚀坑在垂直于疲劳加载方向上形成表面小裂纹;在腐蚀/疲劳交替作用下,试样断口表面会产生多个疲劳源;腐蚀/疲劳交替试验更接近飞机结构真实的使用坏境。     

不同腐蚀环境下高强铝合金腐蚀行为

针对航空铝合金材料在服役过程中因恶劣环境而导致材料腐蚀的问题,通过分析腐蚀形貌、腐蚀坑开口面积、腐蚀深度、点腐蚀坑数量、pH值、腐蚀产物等变化,研究2xxx航空铝合金在不同腐蚀环境(3.5%NaCl水溶液、模拟油箱积水溶液和潮湿空气)中的腐蚀行为和机理。结果表明,在3.5%NaCl水溶液中,铝合金试样表面腐蚀坑的产生主要发生在前24h内,其最大腐蚀坑深约为45μm,而在72~120h, 随预腐蚀时间的延长,腐蚀坑深度、个数的增加并不明显;铝合金试样在模拟油箱积水环境中的腐蚀规律与在3.5%NaCl水溶液中的相似,但腐蚀坑最大开口面积和腐蚀坑的个数明显减少;与前两种环境相比,试样在潮湿空气环境中的腐蚀程度明显减小,腐蚀坑总体个数最少,最大腐蚀坑深约在20μm以内,最大开口面积约在5000μm²左右,且随着腐蚀时间的增长,腐蚀坑之间的深度差距越来越小。     

流动粒子淬火介质——铸造铝合金的一种新淬火介质

铸造铝合金热处理后的质量,不仅与正确选择加热规范有关,而且与冷却时所采用的淬火介质和冷却方式也有很大关系。铸铝件淬火后的开裂和变形往往就是由于淬火介质和冷却方式选择不当所引起的。铸造铝合金常用的淬火介质是热水,一般是用蒸汽或电来加热的,消耗电能较多(如我厂曾使用的1.2立方米淬火水槽用电炉加热,每处理一炉需要消耗360度的电能);     

不同倍径对2A12铝合金深度铣削加工实验研究

在用加工中心对工件深度铣削的加工过程中,随着铣削深度的增加,机床夹头夹持刀杆的悬空长度也相应增加,刀尖切削刃相对去除材料面发生轻微振颤,通常产生振刀纹路现象,严重影响精密产品的加工合格率。在相同的切削参数下,为了提高深度铣削工件表面质量及降低加工轮廓上下面的锥度,对刀具直径与倍径的关系进行研究,即刀径确定后所对应铣削深度的极限值。文中针对航空航天领域常用材料2A12铝合金工件,以不同直径的刀具在不同倍径下进行加工,研究发现刀具在6倍径以下时轮廓锥度及表面质量较好,可实现精加工,同时在6～10倍径范围内刀具使用性能及加工状态满足半精加工或者开粗,而当加工刀具超过10倍径时,轮廓刀痕较为明显,工件表面粗糙度出现突变现象,增大的斜度较为明显,刀具切削刃磨损较大,使用寿命大大降低,不满足航空零部件的高精密加工。     

日历腐蚀环境下LY12CZ铝合金力学性能研究

采用加速腐蚀当量折算谱模拟日历腐蚀环境，对飞机结构主体材料LY12CZ先做加速腐蚀后再进行疲劳试验，确定日历腐蚀环境对LY12CZ材料静强度和疲劳强度（S－N曲线）的影响。     

60Si2Mn(A)钢板弹簧水溶性淬火介质淬火的研究

本文总结了以聚乙烯醇水溶性淬火介质代替20号机油作为60Si2Mn(A)钢淬火介质的实验。实验和生产结果表明:采用新淬火介质处理的钢件具有较高的静拉伸强度,冲击韧性和疲劳强度,并通过理论计算说明了新淬火介质淬火后的金相组织远优于原生产油淬件,并可降低弹簧的淬火应力,降低成本,提高成品率,使经济效益得到显著提高。     

2A12铝合金薄板MIG焊工艺研究

采用MIG焊对母材进行焊接,研究焊接参数对焊缝成型的影响,结果表明,MIG焊焊接过程中,焊接参数焊接电流、焊接电压和焊接速度对焊缝形状影响显著,焊接电流、焊接电压及焊接速度对焊缝余高和熔宽影响差异很大。     

面向应力剥层测量的铝合金电解工艺研究

X射线衍射法可以无损测量表面残余应力,但需要结合剥层法才能测量材料一定深度上的残余应力。设计了一种电化学剥层的装置,采用NaCl溶液作为电解液,可以对金属平面小区域进行材料去除,电解深度可精确控制。以铝合金材料为例,试验优选出电解加工参数电流密度为23.87A/cm~2和电解液流量为1200cm~3/min。通过对数据拟合曲线进行优化处理,标定了实际深度蚀除速度约为7.42μm/s。对铣削铝合金板进行表层残余应力测量,测量结果符合一般铣削铝合金残余应力分布规律。     

2A12铝合金板焊接裂纹分析

研究了CZ状态的铝合金板在退火时退火工艺对机械性能和原始组织的影响,继而对焊接性能产生影响,以及焊接的连接方式对铝合金焊接性能的影响,分析了2A12铝合金板材在焊接时出现裂纹的原因,并提出了解决方法.     

不同厚度2A12-T4铝合金板的疲劳裂纹扩展形貌

对不同厚度2A12-T4铝合金单边缺口试样进行了疲劳裂纹扩展试验,观察了裂纹稳定扩展前沿形貌并用椭圆方程进行了拟合,得到了椭圆方程拟合参数;建立了裂纹前沿相对隧道深度与试样厚度之间的数学表达式,并对裂纹扩展前沿形貌转变的临界厚度进行了预测,最后进行了试验验证。结果表明:随着试样厚度的增加,试样表层与中心层裂纹长度的差值逐渐变小,疲劳裂纹稳定扩展前沿形貌由"隧道"形状逐渐变成与表面垂直的直线形;裂纹前沿相对隧道深度随试样厚度的增加而减小,并在厚度为31.5mm时趋向0,试验结果证明了预测结果的准确性。     

2A12铝合金板形件振动时效试验

为了解决一种产品中的2Al2铝合金板形件切削加工变形问题,在有关振动时效设备制造厂家的大力支持下,采用不同的设备和工艺对其进行了振动时效和热处理时效的对比试验.试验结果表明,振动时效的效果比190℃×10 h热处理时效的效果好;振动时效的能源消耗也远比热处理时效的能源消耗低;这种铝合金板振动时效的难度比一般铸件、焊接件振动时效的难度大一些,应注意优选时效设备和工艺.     

铝合金2A12T351铣削性能分析

采用实验研究和理论建模相结合方法对铝合金2A12T351的铣削性能进行研究与分析,利用均匀实验设计方法分别测量了铝合金低、中、高速段的切削力,基于实验数据采用多元回归方法建立了铝合金切削力模型,可有效预测不同切削参数条件下的切削力。研究结果表明,采用高速段切削参数加工铝合金可提高加工效率,并保持较小的切削力,有利于减小薄壁零件加工变形。     

Bi对2A12铝合金摩擦磨损特性的影响研究

采用HDM-20端面摩擦磨损试验机研究了边界润滑条件下Bi对2A12铝合金摩擦磨损特性的影响。结果表明:低熔点组元Bi降低了合金的硬度,改善了合金的摩擦磨损性能;在恒定载荷及速度条件下,Bi的质量分数为6%~8%时,材料的减摩耐磨及抗粘着性能较好。     

2A12铝合金机油泵盖的铣削变形分析

薄壁构件往往在受到垂向载荷后会发生屈曲，产生巨大挠度而导致影响加工精度。引起这种现象的垂向作用力有刀具加工时施加的作用力和固定工件时施加的夹紧力。基于ABAQUS软件，对2A12铝合全机油泵盖的铣削变形进行了数值模拟和研究，结果表明．实际选择的夹紧力引起的纵向变形量是微米量级的，对实际要求的加工精度的影响可以忽略不计．而主要影响变形的是铣削力的大小，且与生产中的实际情况相吻合。     

基于断口反推2A12铝合金叶轮高速旋转状态下的振动应力

利用疲劳短裂纹理论,应用扫描电镜观察断口形貌,并结合相应的疲劳裂纹扩展曲线,基于断口反推2A12铝合金叶轮高速旋转状态下的振动应力。结果表明：该方法能比较准确地估算出铝合金叶轮高速旋转状态下的振动应力;此方法适用于面心立方晶系金属材料共振疲劳断裂时振动应力的估算,且简单易行。