1420铝锂合金细晶板材高温力学性能及本构方程

为了获取1420超塑铝锂合金细晶板材的高温流动变形行为和可靠的本构方程,在应变速率为0.0004 ～0.002 s-1,温度为375 ～425℃条件下对板材进行了高温拉伸试验,采用EBSD观察了不同变形温度下的晶粒尺寸和晶界分布,分析了组织演变规律.结果 表明,板材在低温环境下变形时具有初始硬化和随后的流动软化特征,在...     

Zn对2195铝锂合金显微组织和拉伸性能的影响

研究了Zn对2195铝锂合金在不同热处理状态(T8，T6)下的显微组织和拉伸性能的影响。结果表明：Zn的存在明显促进了T1相的析出和弥散分布，而且有球形颗粒状含Zn相析出，使合金强度提高：但Zn的加入不改变2195合金的断裂机制，且使合金塑性略有下降。     

2195铝锂合金的热变形行为

在Gleeble-1500热模拟机上实施热压缩试验,研究2195铝锂合金在变形温度360～500℃,应变速率0.1～10 s-1时的热变形行为,并通过OM和EBSD研究了热变形中微观组织的演变.基于动态材料模型理论及Zener-Holloman参数,构建了2195铝锂合金的应变量为50％时的加工图及本构方程.结果表明,...     

预变形对2195铝锂合金拉伸力学性能的影响

通过硬度测试、室温拉伸测试、电子背散射衍射分析(EBSD)、透射电子显微分析(TEM)以及数字图像相关(DIC)等手段,研究不同拉伸预变形量对2195铝锂合金在155℃时效后拉伸力学性能的影响。结果表明：拉伸预变形量为2%、4%、6%、8%的合金经过155℃时效后,其抗拉强度分别为560.4 MPa、570.8 MPa、573.6 MPa、575.9 MPa。随着预变形量的增大,合金强度不断提高,这是由于位错是强化相T1相的有利形核点位,拉伸预变形量的增大使得位错密度增加,从而使得T1相数量密度增加。但随着拉伸预变形量的增大,拉伸预变形对合金的强度提升幅度逐渐减小,这主要是位错堆积缠结,析出相形核点重叠导致的。随着拉伸预变形量从2%增大到8%,合金的伸长率从9.6%下降到6.4%。通过DIC观察,拉伸预变形量的增大会使得拉伸过程中的应变集中现象提前出现,颈缩稳定性有所降低。这是由于较大的拉伸预变形量会使得合金在预变形阶段的应变分布不均匀,合金内出现破碎的变形组织晶粒。这些变形组织晶粒与周围其他晶粒组织的晶粒取向不同,更有利于微裂纹的萌生和扩展。4%的拉伸预变形量可以使2195铝锂合金达...     

LZ91镁锂合金热变形的本构模型及微观组织演变

为了研究轧制态LZ91镁锂合金的超塑性变形特征,对其在不同温度(513、553、593和633 K)、不同应变速率(9.06×10-4、4.53×10-3和2.26×10-2s-1)下进行了单轴热拉伸试验.结果表明:LZ91合金流变应力曲线呈现典型的动态再结晶特征,峰值应力随变形温度升高(应变速率降低)而降低;在试验温度范围内合金的平均热变形激活能Q=89.74 kJ/mol,在633 K时的应变速率敏感指数m为0.422,说明合金具备超塑性特征,且超塑性变形机制为晶界扩散控制的晶界滑移.轧制态LZ91合金的组织为α-Mg相和β-Li相,且α-Mg相随机分布在β-Li相中,热变形过程中合金产生明显的动态再结晶.     

预拉伸对喷射成形2195铝锂合金时效后组织和力学性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和拉伸试验等研究了喷射成形2195铝锂合金经不同工艺热处理后的显微组织和力学性能.结果表明:与未经预拉伸处理的合金相比,合金经4％预拉伸及时效处理后,析出相发生明显变化,时效强化析出相主要为T1(Al2CuLi)、θ'(Al2Cu)和δ'(Al3Li),并呈细小弥散分布,σ(A...     

2195铝锂合金热模拟平面应变压缩行为研究

2195铝锂合金被认为是航空航天领域的理想结构材料,吸引了广大研究学者的兴趣,但其热变形行为的研究却相对较少。本文通过热模拟平面应变压缩试验,研究了2195铝锂合金的热变形行为,变形温度为400~500 ℃,应变速率为0.01~10 s-1。研究表明,材料变形呈稳态流变特征,随变形温度增加,应变速率降低,流变应力逐渐减小,合金具有正应变速率敏感性。建立了2195铝锂合金材料本构方程,其激活能值为214.937KJ/mol。通过分析加工图,得到材料的适宜加工区为应变速率接近0.01 s-1,温度为475~500 ℃。最后通过分析动态软化过程中的应力规律,得到了材料软化机制判定方程。     

2099-T83铝锂合金本构模型研究

根据2099-T83铝锂合金在温度为120～160℃的真应力-应变曲线,选择4种常用的本构模型:Johnson-Cook模型、Modified Johnson-Cook模型、Modified Zerilli-Armstrong模型和Voce方程,对比研究上述4种本构模型对该合金的流变应力的预测能力,并对上述模型进行误差分析。结果表明:随着温度的增加,采用Modified Zerilli-Armstrong模型和Voce方程得到的应力计算值与实验值较为吻合,而采用Johnson-Cook模型和Modified Johnson-Cook模型得到的应力计算值与实验值之间存在较大误差; Johnson-Cook模型和Modified Johnson-Cook模型的平均相对误差绝对值AARE分别达到12.286%和6.238%,而ModifiedZerilli-Armstrong模型和Voce方程的AARE值分别为2.099%和0.184%。另外,采用Voce方程计算得到的预测值与实验值之间具有最高的相关性。说明具有物理意义的本构模型在研究和预测该合金流变行为的能力上是优于唯像本构模型的。     

2195铝锂合金真空感应熔炼工艺研究

采用真空冶炼技术对2195铝锂合金进行熔炼,探究了不同精炼时间对合金化学成分的影响。实验结果表明,在真空度为1 000 Pa,精炼时间为15 min时,利用真空精炼可以有效去除大部分Na、Ca等杂质元素,并将Li和Mg元素的含量保持在合理的范围。     

2195铝锂合金时效析出行为与强化机理

采用透射电子显微镜、单向拉伸力学性能测试和扫描电子显微镜等方法研究了2195铝锂合金在不同形变热处理下时效析出行为,并阐明了析出相强化机理。结果表明：不同形变热处理下2195铝锂合金中主要强化相均为T₁相,但是其尺寸、分布、数量密度和晶界形貌有差异。预应变可显著提高T₁相的形核率并加速其长大过程。时效温度越高,T₁相的形核率越低,但长大速度越快。形变热处理后的微观组织可显著提高2195铝锂合金的力学性能,T871态(固溶处理+7%预应变+(120℃、4 h)+(160℃、24 h))的屈服强度为(541±10) MPa,抗拉强度为(606±9) MPa,伸长率为(11±1)%。位错在T₁相多处沿着垂直于直径方向剪切,有效阻止了微观尺度上的塑性局部化。     

5A90铝锂合金热态下本构关系研究

进行了5A90铝锂合金在200℃~450℃温度范围和0.3×10-3s-1~0.2×10-1s-1应变速率范围内的单向拉伸试验。结果表明,5A90铝锂合金的流动应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的增大而增大;而其最大延伸率的变化趋势与流动应力的相反;最佳的成形温度范围在400℃左右。通过试验数据的计算及拟合,得到了任意温度下5A90铝锂合金应力-应变-应变速率关系的本构方程。     

2195铝锂合金超声TIG焊的组织与性能分析

采用了普通TIG焊和超声复合TIG焊对2 mm厚度的2195铝锂合金进行了平板对接焊,并对两种焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究. 结果表明,由于超声的作用效果,超声TIG焊的焊缝具有更加致密的组织,熔合区附近的等轴细晶区区域较宽;拉伸性能测试表明,超声TIG焊接头具有较高的拉伸性能,接头强度系数比普通TIG焊提高6.7%,断后伸长率提高1.36%,拉伸接头均断裂在热影响区硬脆的晶界相内,显微硬度测试表明超声TIG焊接头受热影响软化区域较窄.     

2195-T8铝锂合金板材摩擦搅拌焊接头组织与力学性能

采用圆柱状搅拌针及带螺纹圆柱状搅拌针,进行了5 mm厚度2195-T8铝锂合金板材的摩擦搅拌焊接,研究了旋转速度及焊接速度对接头拉伸性能的影响,并检测了接头组织。采用圆柱状搅拌针(旋转速度1000 r/min)进行焊接,当焊接速度不当时,产生贯穿焊缝的连续孔洞,导致接头强度较低。采用带螺纹圆柱状搅拌针进行焊接(焊接速度120 mm/min)时,可消除上述孔洞缺陷,且随旋转速度由700 r/min增加至1100 r/min,接头强度增加。焊核区晶粒发生再结晶,但晶粒尺寸分布不均匀;从焊核区顶部至底部,晶粒尺寸降低;紧邻热机影响区的焊核区晶粒尺寸小于中心焊核区。焊核区T1 (Al₂CuLi)相和q￠ (Al₂Cu)相完全溶解,而热机影响区所有q￠相及大部分T1相溶解。另外,在焊核心区形成较多位错。     

2195-T8铝锂合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能

对8 mm厚度2195铝锂合金进行了搅拌摩擦焊平板对接焊试验,利用光学显微镜和扫描电镜观察分析了焊接接头的显微组织和断口形貌特征,并对接头常温、低温拉伸性能和显微硬度进行了测试。结果表明,接头整体上宽下窄,呈V字形,由焊核区、热力影响区、热影响区和轴肩影响区组成;-196 ℃条件下,接头抗拉强度及断后伸长率分别达到母材的71.8%,53.8%;焊件的硬度分布形貌均呈W状,其中焊核区微观硬度最高,热影响区微观硬度最低;接头断裂位置均位于热影响区附近,断裂特征属于典型的韧性断裂。     

2195铝锂合金的补焊工艺

采用两种焊接速度(800 mm/min和180 mm/min)的TIG焊对2195铝锂合金焊缝缺陷进行修补,通过接头的力学性能、金相组织和断口形貌对补焊效果进行对比和分析.指出了补焊速度对补焊接头气孔敏感性、氧化敏感性和机械性能的影响,同时也讨论了多次补焊对焊接接头性能的危害.     

2198铝锂合金充液拉深成形的本构模型及数值模拟

为建立能准确描述2198-T3态铝锂合金充液拉深成形的本构模型并合理制定成形工艺参数,采用单向拉伸实验测定2198-T3态铝锂合金0°、45°、90°方向的真实应力-应变曲线,并通过不同本构方程拟合材料变形抗力曲线。结果表明,具有初始屈服应力的幂函数本构方程对板材不同方向的试验数据拟合较好;2198-T3态铝锂合金板材塑性应变比r为0.931,具有良好的拉深性能;采用DYNAFOM有限元分析软件对充液拉深成形过程进行数值模拟,并对获得的成形性能参数进行验证。     

时效制度对2195铝锂合金组织和力学性能的影响

采用硬度测试、拉伸实验和透射电镜等方法分析不同时效制度下2195铝锂合金组织与力学性能的变化。结果表明,单级时效的峰时效制度为160℃ × 56h和 190℃ × 16h,峰值抗拉强度分别为565MPa、541MPa,延伸率分别为6.3%和7.1%。双级峰时效190℃ × 4h + 160℃ × 32h的抗拉强度和延伸率均优于单级峰时效,分别为588MPa和13.5%。双级时效合金基体中细长T₁相及密集区对强度提升有重要作用,较窄的晶界无沉淀析出带和晶内胞状区域是合金塑性显著改善的主要因素。采用190℃ × 4h + 160℃ × 32h的双级时效制度可获得比单级时效更优异的综合力学性能。     

低温下预变形对2195铝锂合金组织和性能的影响

通过拉伸试验、扫描电镜观察，研究了2195铝锂合金经预变形和时效处理后力学性能与试验温度的关系及其相应的微观组织的变化特点。结果表明：2195铝锂合金在低温下的力学性能有显著提高，在峰时效时，低温的拉伸性能上升了120MPa，同时延伸率略有上升，且规律性更强；相同时效制度下，随变形量的增加，抗拉强度有明显提高，延伸率先增加然后缓慢下降，但仍保持在较高水准。从综合力学性能考虑变形量控制在6％～12％的较为适宜。     

2195铝锂合金搅拌摩擦焊工艺

试验研究了8 mm厚2195-T8铝锂合金板材搅拌摩擦焊工艺,分析了不同搅拌针结构设计对焊缝内部质量的影响,研究了工艺参数对接头表面成形的影响,测试了接头的力学性能。结果表明,使用圆锥螺纹+三个斜面结构的搅拌针焊接,接头内部质量更好;在室温和低温(-196 ℃)条件下,接头抗拉强度和断后伸长率都呈现出随焊接速度的增加先增加后减少的趋势,当焊接速度为100 mm/min时,室温和低温(-196 ℃)下接头抗拉强度、断后伸长率都达到最高值,接头抗拉强度分别为428 MPa,538 MPa,断后伸长率分别为4.9%,7.4%;接头断裂位置位于热影响区,断口呈45°剪切断裂,断裂部位有明显颈缩。     

基于应变补偿和修正项的新型铝锂合金温热变形本构模型

采用UTM5000电子万能拉伸试验机,在变形温度573~648K和应变速率0.001~0.1s-1条件下对2060-T8铝锂合金进行等温恒应变速率拉伸试验,得到其在变形过程中的真应力-真应变曲线,建立了基于应变补偿和修正项的温热变形本构方程。通过扫描电子显微镜(SEM)分析拉伸断口,对2060-T8铝锂合金的温热变形行为进行研究。结果表明：2060-T8铝锂合金对变形温度和应变速率具有较高的敏感性,流变应力曲线呈现出应变硬化和流变软化的特征,随着变形温度的升高和应变速率的降低,稳态流变特征逐渐消失,其在温热变形条件下的断裂形式为韧性断裂。修正的本构模型与实验值吻合度较高,可以为2060-T8铝锂合金温热变形的有限元模拟提供前提条件。