2219铝合金高温本构模型及热加工图研究

为研究2219铝合金的高温流变行为及最佳热加工工艺窗口,采用Gleeble-3500热模拟试验机在变形温度为573～773 K和应变速率为0.01～10 s^-1条件下对2219铝合金进行了等温压缩实验,得到了不同应变速率和温度下的真实应力-真实应变曲线。根据2219铝合金流变数据的特性,提出了一种新的本构模型,并将其与经典模型的预测精度进行了对比。此外,利用构建的新本构模型推导出了2219铝合金的热加工图解析计算公式,并绘制了其热加工图。结果表明,2219铝合金是一种温度和应变速率高度敏感材料,其高温本构关系必须考虑温度和应变速率的影响。在低温下,Arrhenius模型和Hensel-Spittle模型的预测精度较低,尤其在573和623 K温度下,其预测结果与实验数据存在较大误差。相比之下,新模型在不同温度和应变速率下的预测精度误差较小,并且明显优于Arrhenius模型和Hensel-Spittle模型。这是因为新模型在lnσ和■之间采用了3阶精度逼近,而Arrhenius模型和Hensel-Spittle模型只采用了1阶精度逼近。通过采用更高阶的逼近方法,新...     

2219铝合金双丝焊热影响区组织及力学性能

采用焊接热模拟试验方法研究了2219铝合金双丝焊热影响区的微观结构和力学性能的变化规律.结果表明,2219铝合金双丝焊软化区温度区间为400～500℃,450℃时软化最为严重.正常冷速时热影响区最低强度仅为母材的60%.慢的冷却速度更加损害热影响区性能,因此可考虑增大冷速方法强化热影响区.峰值温度对断裂类型影响不大,合金断裂均属于韧性断裂.     

2219-T852铝合金锻件的显微组织与力学性能

采用拉伸力学试验、光学显微镜、扫描电镜以及透射电镜分析手段,研究2219-T852合金锻件的显微组织与力学性能。结果表明：锻件变形比较充分和均匀, θ′强化相细小分布弥散,纵向力学性能满足美国标准的要求,横向和高向的力学性能优于美国标准的要求;锻件的三向力学性能均满足σb≥400 MPa、σ0.2≥300 MPa、δ5≥5%,无明显的各项异性,有利于其在多向承载结构件中的应用。     

车身用6022铝合金热加工图及组织演变

利用Gleeble-3500热模拟试验机测定了6022铝合金的应力应变行为,基于动态材料模型,构建了热加工图。观察了不同变形条件下的金相组织。实验结果表明:当形变量为60%时,6022铝合金热加工图中存在局部较高的功率耗散区(加工温度为440~550℃、应变速率为0.01~1 s~(-1)时),达30%以上,为实验材料的最佳热加工区,在该区域热变形后,材料晶粒细小;热加工图中存在3个失稳区,加工温度为300~390℃,应变速率为0.01~0.02 s~(-1);加工温度为300~340℃,应变速率为0.4~10 s~(-1);加工温度为470~500℃,应变速率为0.6~10 s~(-1)。实际热加工过程中应避开此区域,防止材料内部微观缺陷的产生。     

2219-T87铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能

采用搅拌摩擦焊方法对8mm厚2219-T87铝合金进行了焊接.对接头的宏观形貌、微观组织、显微硬度及断口形貌进行了分析.结果表明,焊核区为细小的等轴晶粒,晶粒尺寸远小于母材;热机影响区发生了弯曲变形;热影响区组织出现了明显粗化.前进边热机影响区和焊核区形成明显分界线,后退边相对模糊.搅拌摩擦焊对接头各区域沉淀相分布形态有重要影响.接头室温拉伸强度可以达到母材的70%以上.沿焊缝横截面的显微硬度的分布显示,硬度最低点位于后退侧热影响区区域,断裂位置位于后退侧热影响区处,接头的断裂形式为韧性断裂.     

2219铝合金与不锈钢惯性摩擦焊接接头组织与力学性能

异种金属的连接可实现节能、经济及减重的目标,成为航空航天、造船、铁路运输等领域的研究热点之一;而铝合金与不锈钢物理化学性能差异明显,成为异种金属中最难实现的连接接头之一。采用惯性摩擦焊接技术进行2219铝合金与不锈钢回转体的连接,分析不同焊接工艺参数下铝钢惯性摩擦焊接接头的显微组织与力学性能。结果表明,惯性摩擦焊接使铝钢接头铝合金一侧形成了细晶区和拉长晶区;EDS结果显示焊接界面处发生了Fe、Al等元素扩散。硬度测试结果表明,在连接界面处-0.6~+0.15 mm范围内硬度值发生了明显的阶跃变化,该区域为受焊接热及变形作用的主要区域,硬度值高于母材。合理焊接工艺下获得的2219铝合金与不锈钢接头拉伸强度为235~300 MPa。铝钢惯性摩擦焊接断口以脆性断裂为主。     

AA7005铝合金的热加工变形特性

研究了AA7005合金高温压缩变形时的流变应力、动态回复与再结晶以变形组织变化特征。合金稳态变形时,应变速度、温度和流变应力之间满足包含热激活材料常数的Arrhenius项的双曲正弦关系,变形过程为受位错增殖和相互销毁速率控制的热激活过程,螺型位错的交滑移和刃型位错的攀移为主要动态回复机制。动态回复时,形成典型的变形亚晶组织,亚晶尺寸随1nZ的减小而增大。高温低速变形条件下,合金发生局部几何动态再结晶,流变曲线呈现连续下降的特征,形成与原始纤维组织不同的细小等轴大角度再结晶晶粒。     

基于热加工图的7A55合金热变形控制及微观组织演变

在Gleeble3500热模拟试验机上通过单道次热压缩实验,研究了7A55铝合金热变形过程中的高温流变行为,构建了热加工图。利用光学显微镜和透射电镜表征观测了变形后的微观组织演变规律。实验结果表明:7A55铝合金在热变形过程中具有动态软化趋势,应变速率敏感性高。随应变速率的增加,峰值应力和应变均提高;随变形温度的提高,峰值应力和应变均减小。在400～450℃温度区间,应变速率在0. 01 s-1左右时,功率耗散效率均在35%以上,具有最优的热加工性。在较高的温度和较低的应变速率下易发生动态再结晶行为。较低温度和较高的应变速率缩短了变形时间,限制了位错的运动,抑制了动态回复和动态再结晶的进行。     

2219铝合金热压缩变形流变应力

通过Gleeble-1500热模拟机对2219铝合金在应变速率为0.1～10s-1、变形温度为320～440℃的流变应力行为进行了研究.结果表明:在实验条件范围内,2219铝合金热压缩变形时,流变应力随变形温度的升高而降低,随变形速率提高而增大;可采用Zener-Hollomon参数的的双曲正弦函数来描述2219铝合金高温变形的峰值流变应力行为;获得的峰值流变应力解析式中,A、α和,n值分别为2.65×10 10s-1、0.020 MPa-1和6.91,热变形激活能Q为153.3kJ/mol.     

Mechanical properties and microstructure analysis of refilling friction stir welding on 2219 aluminum alloy

The 2219 aluminum alloy under refilling friction stir welding (RF-FSW) was investigated. The micrographs showed that the bead could be divided into six zones, and the grain size and shape were greatly different in these zones. According to the microstructure analysis, the weld nugget zone and the shoulder stirring zone consisted of equiaxed grains, while the grains in the heat affected zone were seriously coarsened. It was obvious that bending deformation occurred in the thermo-mechanically affected zone. According to the microhardness analysis, the lowest hardness of the weld was at the thermo-mechanically affected zone, and the microhardness increased with the retraction of the stir-pin. The tensile strength and elongation of the bead were 70% and 80% of the base metal, respectively. The tensile strength was slightly different for the stable stage and the retraction stage, while the elongation decreased in the retraction stage. The mechanical properties and microstructure responded to different retraction speed were analyzed, and it showed that the elongation decreased with increasing retraction speed.     

2219铝合金电子束焊接匙孔演变过程的数值模拟

文中主要借助Fluent软件,基于有限体积离散方法建立了2219铝合金电子束点焊熔池传热、流动和匙孔演变的二维耦合数学模型.在模型中,考虑了表面张力、Marangoni剪切力、流体静压力、金属蒸气反冲压力的作用,并采用VOF(volume of fluid)方法跟踪了匙孔的形成与演变过程.结果表明,反冲压力钻取和涡旋输运的综合作用是匙孔加深的根本原因;沿深度方向热源功率密度的降低会导致前者钻取速度的减小.铝合金的点焊工艺试验表明,数值计算结果与实际吻合较好.     

铸态2219铝合金热压缩变形组织演变规律

为解决2219铝合金微观组织粗大、第二相分布不均的问题,开展了对铸态2219铝合金热压缩变形组织演变规律的研究。研究结果表明,经热压缩变形后,铸态2219铝合金组织中粗大的晶粒及连续网状分布的残余结晶相被打碎,经热处理后形成了均匀的再结晶组织。随着变形温度的升高,晶粒组织粗化,但Al2Cu相的分布更细小、均匀;随着变形量的增大,晶粒组织逐渐细化,晶粒大小分布也更均匀,且Al2Cu相也随变形量的增加破碎得更充分,分布更细小、均匀。在大直径铸锭锻造开坯过程中,为了获得Al2Cu相细化分布的组织,变形温度应控制在420℃以上,单次变形量不应低于50%。延长锻后保温时间不会显著影响材料的显微组织,因此,在锻造开坯过程中,为了保证合理的变形温度区间,可以采用回炉加热多火次锻造的方式。     

2219铝合金化学铣切溶液配方优化

通过正交试验以及多指标分析法对2219铝合金的NaOH+ Na2S+TEA+ Al3化学铣切溶液配方进行了最优化研究.实验结果表明,当将化铣后试样表面粗糙度作为分析时着重考虑的指标时,化铣溶液的最优配比为160 ～ 180 g·L-1NaOH,5g·L-1Na2S,60 g·L-1 TEA,25 g·L-1 Al3+.当优先考虑化铣速率的影响时,溶液的最有配比为200 g·L-1NaOH,14 g·L-1Na2S,10～60 g·L-1 TEA,5g·L-1Al3+.而若同时考虑表面粗糙度和化铣速率两个指标,适用于2219铝合金化学铣切的最优溶液配方则应为200 g·L-1 NaOH,5 g·L-1Na2S,60 g·L-1 TEA,5g·L-1Al3+,当使用此配比溶液对2219铝合金进行化铣后得到的试样表面粗糙度与化铣速率分别为0.6055μm以及0.1638 mm·min-1.     

2219/5A06异种铝合金焊接接头组织与性能相关性

采用脉冲VP-TIG焊接方法,对5.5 mm厚2219-T87和5A06-H112铝合金进行了异种铝合金对接试验,分析了接头组织及力学性能. 结果表明,焊接接头显微组织存在明显差异,5A06侧热影响区为等轴晶,2219侧热影响区的板条状组织发生粗化,焊缝由等轴晶构成. 2219侧熔合线附近存在细小等轴晶带和气孔缺陷,小角度晶界比5A06侧熔合线附近更少,导致拉伸过程中易沿2219侧熔合线附近发生破坏. 拉伸过程中试样沿2219侧熔合线附近最大应变处断裂.接头抗拉强度分别达到2219、5A06母材的63.6%和75.3%,断后伸长率分别达到2219、5A06母材的30.5%和29.8%.     

脉冲电流频率对2219铝合金焊缝组织性能的影响

采用超快速变换复合高频脉冲方波变极性TIG电弧焊接方法进行2219-T87高强铝合金焊接,研究脉冲方波电流频率对焊缝组织性能的影响.结果表明,加入脉冲方波电流后,焊缝组织明显细化,焊缝区由粗大柱状晶向细小等轴晶转变.当脉冲电流频率达超音频段时,在焊缝中部还存在一种呈带状分布的细小等轴非枝晶组织,并与等轴树枝晶组织交替分布.与未加入脉冲电流相比,当脉冲电流频率为60kHz时,接头抗拉强度和断后伸长率分别增加约17.6%和66%.在一定范围内提高脉冲电流频率,可显著减小焊缝熔合区宽度,改善接头硬度分布,明显提高接头塑性,但对接头强度的影响作用并不明显.     

2219铝合金板材形变热处理中预变形对微观组织和力学性能的影响(英文)

形变热处理(TMT)是一种能够使金属材料获得最终优良性能和微观结构的工艺方法。研究2219铝合金板材在两次形变热处理工艺中预变形量对其力学性能及组织的影响。研究表明,经过两次形变热处理的铝合金板材的屈服强度和抗拉强度随着第一次变形的变形量先增大后减小;第一次变形量为2%左右时,强度达到最高值。通过微观组织观察,发现经过形变热处理的2219铝合金板材内部有Al2Cu相析出,在经过第一次变形量为2%的两次形变热处理时,板材中的析出相最细密,因此,2219铝合金得以强化。