Al-Zn合金热成形本构模型

目的 表征Al-Zn合金在预时效强化温热成形工艺下的流动行为。方法 利用MMS200热模拟机对Al-Zn合金进行热拉伸试验,变形参数分别为变形温度180～220℃、应变速率0.01～1 s^-1。通过对试验值进行修正,可得到不同变形条件下的真应力-应变曲线,并建立应变补偿的含Z参数本构模型和PSO-BP人工神经网络本构模型。结果 Al-Zn合金热变形过程中呈现正的应变速率敏感性和热软化效应;应变补偿的含Z参数本构模型的R值和E_AARE值分别为0.961和8.761%;而PSO-BP人工神经网络本构模型的R值和E_AARE值分别为0.993 5和2.51%。结论 PSO-BP人工神经网络本构模型的预测值和试验值高度吻合,拥有更准确、更快速的数据采集和分析能力,对铝合金及其他合金材料的热变形行为预测有着重要意义。     

铝合金高速FSW热输入模型及焊缝峰值温度研究

将焊接速度大幅度提升至1000 mm/min,在不同焊接转速下(1000~1900 rpm)对3 mm厚退火态7075铝合金薄板进行搅拌摩擦焊接实验,并用高精度红外热像仪测量焊缝温度,研究了焊接转速对焊缝峰值温度、焊缝外观以及接头组织的影响规律。发现当转速低于1600 rpm时,随着转速的升高,焊缝峰值温度逐渐升高,在1600 rpm时达到最高,接近500 ℃,1600 rpm以后,峰值温度在480~495 ℃之间波动,并有轻微下降的趋势,这一结果与已有热输入模型及焊缝峰值温度公式不相符合。此外,综合考虑焊缝表面以及接头微观组织,发现当转速在1400,1500,1600 rpm时,焊接质量达到最佳。对材料摩擦机制进行分析,发现摩擦系数随焊接转速和焊接温度的变化而变化,从而在热输入模型中引入摩擦系数变量,最终建立了稳态焊接时峰值温度与焊接转速的关系公式。     

搅拌摩擦焊制备7075铝合金泡沫夹芯板塑性变形及发泡工艺研究

目的 研究搅拌摩擦焊(FSW)制备泡沫铝夹芯板(AFS)预制坯的成形规律和发泡过程中泡孔的演变规律。方法 采用搅拌摩擦焊工艺制备7075铝合金泡沫夹芯板。利用金相显微镜和扫描电子显微镜对不同焊接参数条件下AFS预制坯组织形貌进行分析,同时,利用单向拉伸和高温杯突试验对不同温度下AFS预制坯的成形性能进行研究,并且针对AFS预制坯发泡性能及不均匀热变形行为对发泡性能的影响进行分析。结果 在焊接转速为2 000 r/min、进给速度为50 mm/min情况下,可获得板粉混合均匀、无明显缺陷的接头;在450℃时,搅拌摩擦焊制备的预制体与轧制板材的成形性能相似,真应变达到0.55,伸长率高达73%。450℃下杯突试验样品再结晶比例从60.6%增加至82.7%。在680℃发泡温度下,保温225 s,能够制备孔径结构均匀、高质量的铝合金泡沫夹芯板。结论 搅拌摩擦焊工艺制备的预制坯经过塑性变形后进行发泡,可以获得具有均匀孔隙结构的泡沫夹芯板弯曲部件。     

开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金制备及高温力学性能

为了满足航空航天领域对高熔点开孔泡沫金属的迫切需求,针对现有开孔泡沫金属熔点低、强度和抗氧化性能差,以及孔隙率低、孔径结构分布不均匀等难题,以三维网状开孔泡沫Ni为基体,采用固体粉末包埋结合高温固相扩散工艺,制备出一种孔隙率达到95%三维网状开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金。利用扫描电镜(SEM/EDS)对开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金化前后的组织形貌和元素扩散进行分析,进一步了解扩散过程中Ni-Cr-Fe骨架形成与元素扩散之间的规律,并且对合金化后泡沫合金的微观形貌及结构进行表征。同时,研究了800℃和1000℃条件下开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金的准静态压缩性能和能量吸收性能。结果表明:随着高温固相扩散时间的延长,网丝骨架中Cr、Fe、Ni元素浓度梯度明显平缓,(1200℃,48 h)均匀化热处理后,网丝骨架中Cr、Fe、Ni 3种元素发生了充分的互扩散,达到合金成分均匀化。并且,开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金保持着初始泡沫Ni基体的三维网状及骨架中空结构。同时,高温压缩时开孔Ni-Cr-Fe泡沫合金具有典型韧性金属泡沫的变形特性,其压缩强度随着泡沫合金中Cr、Fe含量的增加而明显增大,而能量吸收性能表现出先增加后降低的趋势。     

超薄壁不锈钢波纹管件液压成形工艺研究

为了解决传统拼焊制造超薄壁不锈钢波纹管弹性差、寿命短、易破裂等问题，采用液压成形技术成形超薄壁不锈钢波纹管件。针对超薄壁不锈钢波纹管件截面形状复杂以及管壁易失稳起皱破裂的成形难点，设计了不同的加载路径。利用CATIA进行建模，使用Dynaform有限元分析软件进行数值模拟。基于波纹管成形过程中的波高与壁厚减薄情况研究了模具间隙、预胀形内压和整形压力对成形质量的影响规律。试验结果表明，对于复杂异形截面的填充，管内压强和轴向进给的增大有利于材料流动进入圆角区域以及管坯与模具的贴合。对于内径Φ50 mm,壁厚0.4 mm的复杂截面波纹管，预胀形内压7.5 MPa,整形压力20 MPa,轴向进给为20 mm为最佳参数匹配。开展了相关试验，验证了模拟结果与试验结果相符，获得的波纹管满足尺寸与性能的需求。     

闭孔CNTs/Al复合泡沫搅拌摩擦焊工艺研究

闭孔Al复合泡沫作为一种典型轻质高强材料,在汽车及航空航天领域具有明确需求牵引和应用前景。采用传统方法制备泡沫铝时,生产工艺复杂、样品尺寸受限,严重阻碍了大规模生产。本文提出基于搅拌摩擦焊制备闭孔CNTs/Al复合泡沫新工艺,解决制备大面积闭孔复合泡沫的难题。利用扫描电镜对不同焊接旋转速度的闭孔CNTs/Al复合泡沫预制体及复合泡沫的微观组织进行分析;采用红外线测温仪对焊接过程中预制体温度分布进行研究。利用电子万能试验机对纯Al泡沫和不同孔隙率闭孔泡沫的屈服应力和平台应力进行对比。研究结果表明：当搅拌头旋转速度为1000rpm时,闭孔CNTs/Al复合泡沫预制体表面平滑而致密。同时,增强体CNTs均匀分布在复合泡沫预制体横截面上。在发泡温度650℃,680℃和700℃对比可知,最佳发泡温度为680℃发泡15min,泡孔结构均匀,孔隙趋于圆形,最大泡孔直径为0.48mm。常温压缩时,闭孔复合泡沫的应力-应变曲线表现出脆性与韧性相结合的变形特征。孔隙率为30.5%时,闭孔泡沫的屈服应力和平台应力值最大。同时,与纯Al泡沫相比,闭孔泡沫的屈服应力提高了2-2.8倍;平台应力提高了1.4-2.9倍。     

铝合金热成形晶粒异常长大现象研究进展

汽车轻量化技术的快速发展,使铝合金得到了广泛应用。在铝合金成形过程中,往往会出现热成形晶粒异常长大现象。为解决目前普遍存在的铝合金热成形晶粒异常长大问题。研究了铝合金拼焊热成形晶粒异常长大的理论基础,基于晶粒异常长大的影响因素,重点探讨了铝合金拼焊热成形晶粒异常长大的原因。着重介绍了铝合金热锻造临界变形粗晶现象、控制方法以及数值仿真模拟进展。最后提出了铝合金热成形晶粒异常长大的问题和发展方向。     

7075高强铝合金构件冷成形强化机制研究

目的 针对7075高强铝合金构件在固溶-淬火-时效处理过程中成形精度低的问题,提出了7075高强铝合金预强化冷成形工艺,研究7075高强铝合金构件冷成形强化机制。方法 基于高强铝合金短流程高性能成形技术,经过固溶-时效处理,获得预强化处理的7075铝合金板料,使用预强化处理的7075铝合金板料冷成形试制帽形梁。通过拉伸试验、杯突试验测试预强化处理的7075铝合金板料及帽形梁力学性能,并通过透射电子显微镜试验解释7075高强铝合金构件冷成形强化机制。结果 预强化处理的7075铝合金板料抗拉强度为540 MPa,延伸率为19.3%,强度接近7075铝合金T6态强度水平,塑性接近7075铝合金O态塑性水平。杯突值为16.6mm,达到7075铝合金O态的87%。使用预强化处理的7075铝合金板料冷成形试制的帽形梁表面质量良好,无破裂等情况。经过烤漆工艺后,帽形梁抗拉强度为（560±5）MPa,屈服强度为（480±5）MPa,与7075高强铝合金T6态强度相当。结论 预强化处理的7075铝合金板料基体内部存在大量GPⅡ区组织,这有助于提高7075高强铝合金的强度和塑性。使用预强化处理的7075铝...     

2024铝合金孔洞缺陷搅拌摩擦点焊修复数值模拟与实验研究

目的 薄壁构件在服役过程中会产生孔洞缺陷,传统修复方法存在连接不牢靠、周期长等问题,针对以上情况,研究了搅拌摩擦焊点焊修复材料的流动对修复接头性能的影响规律。方法 在修复焊速为20 mm/min,修复转速分别为800、1 200、1 600 r/min的条件下对2024铝合金孔洞缺陷进行搅拌摩擦点焊修复,分析不同修复转速下修复接头的微观组织和力学性能。此外,使用ABAQUS有限元软件模拟修复孔洞缺陷过程中材料流动的具体规律。结果 在修复焊速为20 mm/min、修复转速为1 600 r/min条件下,修复接头表面光滑平整,无任何缺陷存在,材料内部发生了显著的晶粒细化,从母材区到焊核区,平均晶粒尺寸由20.5 μm降低至2.7 μm,降低幅度为86.8%。数值模拟仿真结果表明,在1 600 r/min的高修复转速下,材料流动的速度梯度较大,热输入也较高,更容易获得性能优良的修复接头。结论 在修复焊速为20 mm/min的条件下,当修复转速从800 r/min增加到1 600 r/min时,修复的热输入逐渐提高,材料的流动性增强,逐渐修复了孔洞缺陷,在修复转速为1 600 r/min时获得了优质的修复接头,在焊核区发生了显著的晶粒细化现象,修复接头的抗拉强度达到了母材抗拉强度的81.3%,屈服强度几乎等同于母材的屈服强度。     

球磨法制备碳纳米管/铜复合材料

用球磨法制备了碳纳米管/Cu复合材料粉末,采用扫描电镜（SEM）对不同工艺制备的复合粉末进行研究.结果表明,采用两步实验,通过调节工艺参数,可以得到恰当长度的碳管,能够实现碳管在铜基体中的有效分散.