铝合金专刊2016-2017

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本辑铝合金虚拟专刊集合了2016~2017年在金属学报发表的27篇文章,内容涉及铸态、挤压态铝合金和铝基复合材料的组织和力学性能、腐蚀行为、测试新方法、计算和数值模拟等的最新研究成果,基本反映了近年来我国铝合金研究领域的主要研究进展。欢迎阅读、引用和转发!

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1. 晶粒尺寸及Taylor因子对过时效态7050铝合金挤压型材横向力学性能的影响*
顾伟,李静媛,王一德
金属学报    2016, 52 (1): 51-59.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00163
录用日期: 2015-11-18

摘要57)   HTML8)    PDF (5490KB)(377)   

采用常温冲击实验和拉伸实验研究了大断面7050铝合金型材横向3个典型位置的力学性能的差异, 并通过OM, EBSD和TEM分析了其显微组织. 结果表明: 晶粒尺寸约为12 μm的型材芯部比晶粒尺寸约为6 μm的边部的屈服强度高, 其原因是芯部较硬Copper取向的形变织构组分更强. 根据固溶合金元素含量所得的固溶强化项、亚晶粒尺寸所得的晶界强化项和合金的屈服强度可计算Taylor因子, 芯部为3.925, 边部为2.257. 晶界强化模型中Hall-Petch模型比Nes模型更适用于计算固溶后的晶界强化对合金屈服强度的贡献. 此外, 还建立了3种试样过时效态冲击功与亚晶粒尺寸之间的线性关系.

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2. 2219-T8铝合金搅拌摩擦焊接头力学和应力腐蚀性能薄弱区研究*
康举,李吉超,冯志操,邹贵生,王国庆,吴爱萍
金属学报    2016, 52 (1): 60-70.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00201
摘要52)   HTML4)    PDF (8969KB)(171)   

对2219-T8铝合金搅拌摩擦焊 (FSW) 接头在拉伸过程中, 热机械影响区(TMAZ)的变形行为、断裂途径和190 MPa下微区电化学性能进行了研究. 结果表明, 焊接热循环和搅拌作用加权强化效果最弱的区域是强度最差的位置; 拉伸时接头变形主要发生在TMAZ, 但由于受到焊核区的拘束程度不同, TMAZ下层应变更大, 导致裂纹起源于下层; 在相同的应力水平下, TMAZ表面的钝化膜更易破裂, 甚至会有微裂纹出现, 这使得当接头处于应力腐蚀环境中时, TMAZ更易发生局部腐蚀, 导致接头的抗应力腐蚀能力下降.

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3. 混沌对流下的半固态A356铝合金初生相形貌演变研究*
刘政,张嘉艺,罗浩林,邓可月
金属学报    2016, 52 (2): 177-183.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00228
录用日期: 2015-10-16

摘要27)   HTML7)    PDF (3902KB)(720)   

研究了半固态A356铝合金熔体中混沌对流的表征, 及电磁场诱发的混沌对流对半固态A356铝合金熔体中初生相形貌演变的影响. 通过Fluent软件研究了电磁场作用下A356铝合金熔液中微粒的流动轨迹, 计算了这些流动轨迹的Kolmogorov熵和分形维数, 证明了施加适当的电流频率能在合金熔体中产生混沌运动. 结合实验研究, 对不同电流频率及工艺参数的实验结果进行对比. 研究结果表明, A356铝合金熔体在650 ℃浇注, 电流频率为30 Hz的电磁场中搅拌15 s, 并在590 ℃保温10 min, 此时凝固系统的Kolmogorov熵为6829.5 nat/s, 分形维数为2.2439, 初生相的平均等积圆直径为59.86 μm, 平均形状因子为0.71, 此时晶粒最圆整细小, 组织形貌最佳.

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4. 电磁场作用下半固态A356-La铝合金初生相形貌及分形维数的研究*
刘政,徐丽娜,余昭福,陈杨政
金属学报    2016, 52 (6): 698-706.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00496
录用日期: 2016-04-01

摘要37)   HTML1)    PDF (1311KB)(498)   

利用稀土La对液态A356铝合金进行了细化处理, 并在电磁搅拌技术下制备了半固态A356-La铝合金浆料, 研究了稀土La和电磁搅拌对半固态A356铝合金初生相形貌的影响, 并用分形维数对其初生相形貌进行了表征. 结果表明, 添加适量的稀土La可有效改善半固态A356铝合金初生相的形貌, 无论是否经过电磁搅拌, 随着稀土添加量的增加, A356 铝合金的初生相形貌均呈先变好后恶化的演变规律, 当稀土La的添加量为0.4% (质量分数)时, 其初生α相的形貌和尺寸均达到最佳, 其平均等积圆直径为88.85 μm, 平均形状因子为0.78; 当稀土La的添加量相同时, 经过电磁搅拌作用的A356-La 铝合金初生α相的平均等积圆直径均比未经过电磁搅拌的更小, 其形状因子则相反, 均比未经过电磁搅拌的更大, 说明经过电磁搅拌的半固态A356铝合金初生α相比未搅拌过的更细小、圆整, 即经过电磁搅拌的初生α相形貌更佳, 如当La含量为0.4%时, 其平均等积圆直径由88.85 μm 降至84.14 μm, 平均形状因子由0.78升至0.81. 此外, 实际的合金凝固组织具有分形特征, 应用分形几何的原理来描述和分析半固态铝合金中初生相的形貌变化规律甚至初生相形成机理是完全可能的. 且不同工艺参数下所获得的半固态铝合金初生相形貌具有不同的分形维数, 随着半固态初生相由树枝状向颗粒状或球状变化, 其分形维数逐渐变小.

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5. 实用型数值回归法在三元铝合金互扩散系数计算中的应用*
刘远荣,陈伟民,汤颖,杜勇,张利军
金属学报    2016, 52 (8): 1009-1016.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00541
录用日期: 2016-05-06

摘要36)   HTML13)    PDF (1091KB)(350)   

制备了bcc结构Al-Fe-Mn和fcc结构Al-Cu-Ni三元铝合金单相固态半无限长和有限长 (或薄膜型) 扩散偶, 通过EPMA测得相应成分-距离曲线, 并采用实用型数值回归法计算了相应合金体系1273 K时随成分变化的互扩散系数, 所得结果均满足热力学稳定条件. 基于所测得互扩散系数及Fick第二定律, 重现了实验测定的成分-距离曲线, 证实了所获得互扩散系数的可靠性. 进一步分析结果表明, 该实用型数值回归法不仅可以高效准确地计算单相三元扩散偶随成分变化的互扩散系数, 还能很好地解决传统方法不能处理的情况, 如扩散通道上无交点的扩散偶和有限长 (或薄膜型) 扩散偶等.

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6. 两阶段轧制变形过程中高强铝合金析出相与晶粒结构演变及其对性能的影响*
左锦荣,侯陇刚,史金涛,崔华,庄林忠,张济山
金属学报    2016, 52 (9): 1105-1114.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00645
录用日期: 2016-06-23

摘要42)   HTML2)    PDF (1896KB)(930)   

与7055铝合金的传统热轧(CHR)对比, 制定了新的两阶段热轧工艺(DHR), 分别采用CHR和DHR对7055铝合金板材进行轧制, 研究了DHR工艺对7055铝合金析出相和亚结构的影响, 分析了DHR和CHR处理后合金组织、力学性能的差异. 结果表明: 增加预变形量可提高析出相的球化程度(改变析出相形貌)但不影响其面积分数; 中间高温短时退火可形成大量有序排布的亚结构; 后续进一步热轧过程中, 仍存在的大量球形析出相钉扎位错和亚晶界, 且随累积应变增大, 小角晶界逐渐转变成大角晶界而使晶粒细化. 采用最佳的形变热处理工艺(固溶+预变形(300 ℃, 20%)+中间退火(430 ℃, 5 min)+热变形(400 ℃, 60%))可在保证高强度的同时使7055铝合金板材断后延伸率比CHR工艺提高约25%.

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7. 准晶磨料的“碾抹”特性对软金属表面的平整性、硬度及耐蚀性的影响*
陈永君, 胡小刚, 羌建兵, 董闯
金属学报    2016, 52 (10): 1353-1362.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00392
录用日期: 2016-09-28

摘要43)   HTML0)    PDF (7256KB)(161)   

考察了Al62Cu25.5Fe12.5准晶磨料对紫铜、2024铝合金和304不锈钢3种软金属表面的研磨行为, 从表面形貌、纳米硬度、碾抹系数、磨损量和电化学阻抗等方面与传统硬磨料(金刚石、Al2O3和SiO2)进行对比. 结果表明: 经准晶磨料抛光的工件表面形貌与碾抹程度相关, 碾抹系数越大, 表面越平整, 且碾抹系数与表面磨损率成反比. 尤其需要指出的是, 准晶磨料的这种“碾抹”特性可导致不锈钢表面产生硬化效应, 硬度可提高约0.3 GPa. 准晶磨料的碾抹特性还有利于2024铝合金表面生成高耐蚀能力的钝化膜.

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8. 铝合金/不锈钢双光束激光深熔焊接接头组织及力学性能*
潘峰,崔丽,钱伟,贺定勇,魏世忠
金属学报    2016, 52 (11): 1388-1394.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00077
录用日期: 2016-06-21

摘要47)   HTML1)    PDF (1098KB)(895)   

采用双光束光纤激光热源对1.5 mm厚5083铝合金和1.8 mm厚304不锈钢异种合金搭接接头进行了激光深熔焊接工艺实验, 研究了光束相对位置对接头焊缝成形、界面组织及接头力学性能的影响. 结果表明, 在无任何填充材料条件下, 采用双光束激光进行铝合金/不锈钢异种合金激光深熔焊接能够获得良好的焊缝表面成形, 小能量分光束在前的接头界面金属间化合物(IMC)厚度相对较薄. 接头界面纳米硬度测试结果表明, IMC层平均硬度为9.61 GPa, 且明显高于不锈钢母材(4.12 GPa)和铝合金母材(1.09 GPa). 接头拉伸断裂于铝合金/不锈钢IMC界面层. 小能量分光束在前的接头获得机械抗力大于分光束在后的接头.

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9. 双轴肩搅拌摩擦焊对6061-T6铝合金表面组织及其在3.5%NaCl中腐蚀行为的影响*
乔岩欣,周洋,陈书锦,宋亓宁
金属学报    2016, 52 (11): 1395-1402.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00026
录用日期: 2016-08-18

摘要42)   HTML1)    PDF (1356KB)(904)   

采用双轴肩搅拌摩擦焊(BTFSW)技术对7.8 mm厚6061-T6铝合金进行了焊接, 对焊接接头各部分的微观组织和截面显微硬度进行了分析, 并对母材和焊核在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电化学行为和腐蚀产物膜进行了研究. 结果表明, BTFSW后焊缝表面质量良好, 热-机影响区晶粒发生再结晶和塑性变形, 部分再结晶晶粒发生了伸长和弯曲; 热影响区的部分晶粒在热循环的作用下发生粗化, 焊核呈细小的等轴晶组织; 焊接接头中前进侧热-机影响区硬度最低; 在3.5%NaCl溶液中, 6061-T6铝合金的极化曲线表现为阳极溶解和点蚀, 母材和焊核区的电化学阻抗谱均由容抗弧和感抗弧组成, BTFSW后6061铝合金的腐蚀电流降低; 浸泡480 h后, 呈疖状腐蚀的特征, 腐蚀产物为Al(OH)3和Al2O3. BTFSW可提高6061-T6铝合金的耐蚀性.

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10. Ti/Al异种合金接头原位拉伸应变场及断裂行为的研究*
许志武,马志鹏,闫久春,张誉喾,张旭昀
金属学报    2016, 52 (11): 1403-1412.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00103
录用日期: 2016-07-14

摘要33)   HTML0)    PDF (1387KB)(619)   

采用Zn-Al钎料超声辅助钎焊连接了钛合金与铝合金, 利用OM, SEM, EDS和TEM分析了钎焊接头的微观组织. 利用数字图像相关(DIC)方法分析了Ti/Al钎焊接头在原位拉伸过程中应变变化及裂纹扩展情况. 结果表明, 在钛合金/钎缝界面上有2种化合物, 分别为Ti7Al5Si12和TiAl3, 而在铝合金/钎缝界面上存在一层Zn-Al扩散层, 钎缝组织由富Zn相和Zn-Al共析组织构成. 原位拉伸过程中, 钎焊接头整体应变较低, 局部高应变区呈条纹状形态分布, 接头没有发生明显屈服过程, 只有弹性变形和塑性变形阶段. 在应变相对较大的富Zn相内部产生最大应力且出现裂纹, 裂纹曲析扩展最后呈锯齿状断裂.

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11. 2A14铝合金混合表面纳米化对电化学腐蚀行为的影响*
杨建海,张玉祥,葛利玲,陈家照,张鑫
金属学报    2016, 52 (11): 1413-1422.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00102
录用日期: 2016-08-17

摘要36)   HTML2)    PDF (1752KB)(481)   

采用超音速微粒轰击(SFPB)和表面机械滚压处理(SMRT)相结合的混合表面纳米化方法, 在2A14铝合金上制备出梯度纳米结构(GNS)表层, 对比研究了原始样品和常温空气及低温液氮环境下混合表面纳米化样品在3.5%NaCl水溶液中的电化学腐蚀行为. 结果表明: 经混合表面纳米化处理后, 2A14铝合金晶粒尺寸由最表层约30 nm逐渐增大到基体的原始尺寸, 塑性变形层厚度约130 μm, 表面粗糙度Ra约为0.6 μm, 表面微小裂纹消失. 与原始样品相比, 经过SFPB处理的样品耐点蚀能力没有得到提高, 混合表面纳米化样品的耐点蚀能力得到提高, 其中常温空气环境下样品的自腐蚀电位和点蚀击破电位分别由-1.01228和-0.29666 V升高到-0.67445和0.026760 V, 耐点蚀能力最强. 分析表明, 表层晶粒尺寸纳米化、晶界显著增多、残余压应力以及表面粗糙度的改善有利于提高样品的耐点蚀性能.

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12. 淬火后预拉伸对自然时效状态Al-Li合金组织和性能的影响*
张显峰,李国爱,陆政,于娟,郝敏
金属学报    2016, 52 (12): 1497-1502.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00207
录用日期: 2016-11-03

摘要35)   HTML0)    PDF (3362KB)(553)   

通过拉伸试验机、腐蚀试验箱、DSC以及TEM等手段对淬火后预拉伸处理并自然时效至稳定状态的铝锂合金薄板的拉伸性能、腐蚀性能、时效响应特征以及微观组织进行了研究. 结果表明, 在0~6%范围内, 合金的屈服强度随预拉伸量的增加而逐渐提高; 预拉伸量低于3%时, 合金的抗拉强度随拉伸量增加逐渐降低, 在3%~6%范围内, 抗拉强度趋于平稳; 随预拉伸量增加, 合金由明显的晶间腐蚀转为点蚀, T34状态点蚀深度最小, 约为0.03 mm; 预拉伸改变了合金的时效响应特征, 使合金在100 ℃附近的吸热峰向高温移动, 180 ℃及260 ℃附近的放热峰向低温区移动. 淬火后的预拉伸在增加晶内位错密度的同时, 抑制了δ’相在晶内和晶界的析出, 预拉伸量越大, 晶内及晶界δ’相的数量越少. 位错及析出相的共同作用影响了合金的拉伸及腐蚀性能.

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13. 7050铝合金淬火敏感性研究和微观组织分析*
吴书舟,易幼平,黄始全,李俊,李晨
金属学报    2016, 52 (12): 1503-1509.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00050
录用日期: 2016-07-11

摘要47)   HTML1)    PDF (4956KB)(907)   

通过分级淬火方法测定了7050铝合金的TTT曲线, 采用TEM和JMA方程等分析手段研究了固溶、等温淬火和时效过程中微观组织的演变规律及其动力学特性. 结果表明, 合金TTT曲线的鼻尖温度在330 ℃附近, 淬火敏感区间为300~380 ℃, 高温区(400~450 ℃)淬火敏感性低于低温区(210~270 ℃); 等温保温过程中过饱和固溶体主要析出以Al3Zr粒子为形核核心的片层状η平衡相及少量针状S相, 随保温时间延长析出相体积分数快速增加, 同时在晶界排列变得连续而粗化、无沉淀析出带(PFZ)宽化, 在远离鼻尖的温度下保温合金析出速率减慢, 在晶界排布连续化和粗化程度降低; JMA方程中反映析出相形态的常数n在0.50~0.65的范围内, 析出相特征以片层状相为主、针状相为辅.

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14. 基于二次多项式新本构模型的铝合金搅拌摩擦焊板材成形极限研究
初冠南,林艳丽,宋伟宁,张林
金属学报    2017, 53 (1): 114-122.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00178
录用日期: 2016-11-09

摘要45)   HTML7)    PDF (3175KB)(308)   

针对铝合金焊缝性能低于母材、现有成形极限分析方法不适宜分析铝合金搅拌摩擦焊板材成形极限的现状,提出了一种基于二次多项式新本构模型的铝合金拼焊板成形极限理论模型。核心思想为利用材料自身的性能差异替代经典M-K理论模型的沟槽假设。针对铝合金硬化指数低、幂指数回归精度差的问题,将二次多项式新本构模型应用于M-K理论模型,最终建立了适合于铝合金搅拌摩擦焊拼焊板的成形极限理论预测模型。对铝合金搅拌摩擦焊板材进行了成形极限实验,并通过XJTUDIC三维数字散斑应变变形测量系统实时测量变形过程中的应变值,得到了铝合金搅拌摩擦焊拼焊板的实验成形极限图。最后对实验结果和理论分析结果进行了对比。相比传统的幂指数本构模型,二次多项式对应力-应变曲线的回归,无论在初试屈服阶段或后期变形阶段均有很好的吻合精度。幂指数最大拟合误差超过12%,而二次多项式的拟合误差小于1%,二次多项式回归模型能很好地拟合铝合金搅拌摩擦焊接接头的应力-应变关系;采用二次多项式本构关系的理论模型能很好地预测铝合金搅拌摩擦焊板材的成形极限,第一主应变的预测误差小于0.01;而幂指数理论模型则导致平面应变状态下的极限应变预测结果明显不准,在相同应变路径下第一主应变的预测误差达0.14。

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15. 2219铝合金搅拌摩擦焊中的局部液化现象及对接头力学性能的影响
康举,梁苏莹,吴爱萍,李权,王国庆
金属学报    2017, 53 (3): 358-368.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00311
录用日期: 2016-12-14

摘要41)   HTML1)    PDF (13969KB)(405)   

在2219-T8铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头焊核区(NZ)发现了局部液化现象。采用热处理和热模拟2种方法对比分析了局部液化区组织的特点,采用显微硬度计和原位拉伸实验研究了局部液化对接头力学性能的影响。结果表明,局部液化是由NZ中的Al2Cu相与周围基体的共晶反应,即发生了组分液化所致。液化区为液相+α(Al)相的半固态组织,冷却时高熔点组元α(Al)相先析出,同时在搅拌挤压和材料流动的作用下发生固液分离,形成离异共晶。液化区的硬度低于NZ正常区域,是NZ微区试样断裂的起源,降低了NZ的抗拉强度和延伸率。不过,由于液化区域是局部的、极少量的存在于NZ中,其对接头拉伸性能的影响远小于整体均发生弱化的热机械影响(TMAZ)的影响。

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16. 凹坑深度对铝合金表面在不同润滑介质中摩擦学性能的影响
马明明,连峰,臧路苹,项秋宽,张会臣
金属学报    2017, 53 (4): 406-414.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00257
摘要38)   HTML1)    PDF (2760KB)(564)   

采用激光刻蚀技术在5083船用铝合金表面分别构建出深度为15和30 μm的圆台形凹坑织构,利用涂覆SiO2和低表面能修饰改变表面润湿性,制备超疏水且疏油的双疏表面。采用HSR-2M高速往复摩擦试验机测试其在水、海水和油介质中的摩擦学性能。结果表明,凹坑深度为30 μm的表面的双疏性能强于凹坑深度15 μm的表面,摩擦学性能也更优。与单纯的织构表面相比,将织构和化学组分相结合的双疏表面可以更加显著地提高摩擦学性能。双疏表面在油介质中的摩擦系数和磨损量最小,在海水中的摩擦系数小于在水中,磨损量大于在水中。仿真计算结果表明,随着圆台形凹坑深度的增大,润滑膜承载力先增大后减小。当凹坑深度为75 μm时润滑膜承载力最大。研究结果表明,双疏表面可以显著提高铝合金在润滑介质中的摩擦学性能。

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17. 熔融6061/4043铝合金在TC4钛合金表面的反应润湿
靳鹏,隋然,李富祥,俞伟元,林巧力
金属学报    2017, 53 (4): 479-486.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00289
录用日期: 2017-01-24

摘要37)   HTML0)    PDF (5282KB)(749)   

利用改良座滴法研究了高真空条件下熔融6061和4043铝合金在600~700 ℃分别与TC4钛合金的润湿行为。研究表明,Al/Ti体系属于典型的反应润湿,且铺展动力学可由反应产物控制模型描述,整个润湿过程分为先非线性铺展和后线性铺展2个阶段,即:铝合金中微量的Si元素在界面上产生了明显的富集并在界面上形成了富Si的Ti7Al5Si12;铺展过程中Ti7Al5Si12的分解对应于非线性铺展阶段,Ti7Al5Si12分解的同时伴随Al3Ti形成,对应于线性铺展阶段;润湿过程中出现了明显的前驱膜并伴随着较好的最终润湿性。

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18. 变极性等离子弧焊电弧物理特性的数值模拟
陈树君,徐斌,蒋凡
金属学报    2017, 53 (5): 631-640.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00263
录用日期: 2017-03-10

摘要50)   HTML20)    PDF (3720KB)(667)   

基于磁流体动力学及Maxwell方程组,建立了变极性等离子电弧的三维瞬态计算模型,依据变极性等离子弧焊对铝合金板材穿孔焊接过程的物理特性,提出了随电弧极性变化的分时导电模型,通过计算得到了变极性等离子电弧的温度场、流场、电流密度和电弧压力的分布情况,以及电弧压力随时间的变化过程。通过实验测量了工件表面电弧中心压力,得到了不同极性时的电弧形态。结果表明:相同电流条件下,正极性时电弧温度场分布比反极性时更加分散,但正极性时电弧最高温度范围小于反极性时;反极性电弧压力和电流密度在电弧中心处均大于正极性,在径向距电弧中心一定距离处,2种极性时的电弧压力和电流密度的大小出现反转;电弧压力对焊接电流响应迅速,正极性电弧压力小于反极性电弧压力,焊接电流过零时,电弧压力会降低到较低的值,电流增加时电弧压力变化存在“过冲”现象;对实验与计算得到的变极性等离子电弧正反极性时电弧图像和工件表面电弧中心压力进行了对比,结果吻合良好。

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19. 焊前混合表面纳米化对2A14铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响
杨建海,张玉祥,葛利玲,程晓,陈家照,高杨
金属学报    2017, 53 (7): 842-850.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00421
录用日期: 2017-04-19

摘要36)   HTML0)    PDF (1423KB)(483)   

采用超音速微粒轰击(SFPB)和表面机械滚压处理(SMRT)相结合的混合表面纳米化(HSNC)方法在2A14铝合金表面制备出梯度纳米结构(GNS)表层,之后进行了搅拌摩擦焊(FSW)。利用OM、SEM和TEM对比研究了HSNC样品和原始样品FSW焊缝的微观组织和断裂形貌。结果表明,GNS表层以类似“S”线复杂形式分布在HSNC样品的热机影响区(TMAZ)和焊核区(NZ)中,形成了纳米层区(NLZ);原始样品显微硬度最低处和断裂位置均发生在前进侧的TMAZ,HSNC样品显微硬度最低处和断裂位置均发生在NZ;HSNC样品的抗拉强度比原始样品提高了6.4%,延伸率比原始样品提高了14.1%,两者的断裂方式均为韧性断裂,但原始样品断口形貌为非等轴韧窝和撕裂韧窝,HSNC样品断口形貌为等轴韧窝。分析表明,由于纳米晶的优异性能,NLZ在提高焊缝强度的同时提高了塑性变形能力。

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20. 片层石墨尺寸对片层石墨/Al复合材料的强度和热导率的影响
刘晓云,王文广,王东,肖伯律,倪丁瑞,陈礼清,马宗义
金属学报    2017, 53 (7): 869-878.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00015
录用日期: 2017-04-05

摘要61)   HTML1)    PDF (1498KB)(634)   

采用粉末冶金法制备了名义尺寸为150、300、500 μm的片层石墨(graphite flakes, Gf)增强铝基(50%Gf/Al,体积分数)复合材料,得到密度均接近理论密度的致密复合材料坯锭。片层石墨与铝合金基体结合紧密,界面处无裂纹、孔洞等缺陷。片层石墨的(001)Gf基面与复合材料坯锭的圆周方向(坯锭的xy平面)基本平行,但受粉末冶金工艺的影响,较小片层石墨的(001)Gf基面与坯锭的xy平面略有偏差。随着片层石墨的尺寸增大,偏差逐渐减少。复合材料的强度随着片层石墨尺寸增加逐渐降低。150 μm片层石墨复合材料的弯曲强度为82 MPa,当片层石墨尺寸增至500 μm时,强度降低至39 MPa。片层石墨强度较低,裂纹容易沿片层石墨的层间扩展,随着片层石墨尺寸增大,这一现象更加明显,容易在断口中观察到片层石墨剥离的现象。复合材料xy平面的热导率随片层石墨尺寸增大而增加,最高可达604 W/(mK),与尺寸较小的片层石墨相比提高63%。300、500 μm片层石墨复合材料的界面换热系数略低于理论值,但150 μm片层石墨复合材料的界面换热系数明显小于理论值。除了片层石墨的尺寸,其形状、分布和内部缺陷等对复合材料的热导率也有一定的影响。

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21. AA 7055铝合金时效析出过程的小角度X射线散射定量表征
陈军洲, 吕良星, 甄良, 戴圣龙
金属学报    2017, 53 (8): 897-906.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00559
录用日期: 2017-06-09

摘要70)   HTML25)    PDF (1518KB)(1023)   

利用小角度X射线散射(SAXS)技术系统、定量地研究了AA 7055铝合金在120和160 ℃时效过程中析出相的演变规律。结果表明,在120 ℃时效时,随时效时间延长析出相半径不断增加,时效5 h后半径基本稳定,约为3.3 nm,且尺寸分布基本不变;析出相的体积分数随着时效时间的延长不断增加,由时效5 h时的2.4%增加到时效60 h时的5.2%。在160 ℃时效时,随时效时间延长析出相半径不断增加,由时效0.5 h时的3.1 nm增加到时效72 h时的11.7 nm,尺寸分布范围也随着时效时间的延长而逐渐增加;析出相的体积分数随着时效时间的延长先不断增加,由时效0.5 h时的1.4%增加到时效16 h时的5.4%,时效16 h后趋于平衡。在120和160 ℃时效时,析出相均属于轴比介于0.2~0.3之间的扁椭球状,即为盘状。

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22. AlSi10Mg的激光选区熔化成形研究
张文奇, 朱海红, 胡志恒, 曾晓雁
金属学报    2017, 53 (8): 918-926.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00472
录用日期: 2017-05-10

摘要90)   HTML20)    PDF (1488KB)(1857)   

利用激光选区熔化(selective laser melting, SLM)成形技术对AlSi10Mg铸造铝合金的成形进行了工艺研究,获得了致密的成形,并对其沉积态和热处理态试样进行了静态拉伸性能测试和显微组织分析。结果表明:对于AlSi10Mg, 其SLM沉积态的常温拉伸强度远高于铸件标准,延伸率与铸态相当;退火工艺对SLM试样的组织及力学性能有着重要的影响,随着退火温度的提高,试样微观组织发生改变,在300 ℃、2 h退火工艺下,原本均匀分布的颗粒状Si聚集长大为针状,使得试样的强度下降,延伸率升高。抗拉强度由沉积态的507~518 MPa下降到378~406 MPa,延伸率由沉积态的3.0%~3.5%增加到6.5%~9.0%。

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23. 高强7050铝合金超低温大变形加工与组织、性能调控
侯陇刚, 刘明荔, 王新东, 庄林忠, 张济山
金属学报    2017, 53 (9): 1075-1090.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00047
录用日期: 2017-06-15

摘要72)   HTML27)    PDF (13783KB)(1071)   

通过低温冷却+轧制变形的方法研究了高强7050铝合金的低温塑性变形及其对合金组织性能的影响。结果表明,高强7050铝合金经液氮冷却预处理后可实现与温/热轧相比较高的轧制变形加工量,并产生大量亚结构和高密度位错,使合金显著强化,其中低温下的高变形能力主要与合金在低温下具有高的加工硬化能力密切相关,而强度提升主要来自于固溶强化和变形位错强化的贡献。虽然超低温变形能够明显加快淬火态高强7050铝合金的时效进程,但直接时效处理可使超低温变形态7050铝合金保有较高的强度和一定延伸率,其中析出和位错强化是其强化主因,而时效引起的回复和强化相析出共同促进延伸率的改善。淬火态高强7050铝合金在室温变形过程中,形变热引起基体中析出的溶质原子团簇(或GP区)和η′相与变形位错发生交互作用,导致大量剪切带(失稳区)形成,从而易引发轧板开裂或边裂,而超低温变形过程中溶质扩散受阻以致强化相析出被抑制,从而明显降低了剪切失稳区的发生,使合金能够获得均匀、稳定的塑性变形或良好的加工硬化,确保获得较高质量的超低温轧板。高强铝合金在低温下所表现出来的优异塑性变形和加工能力有望成为改善高强铝合金难变形加工的有效途径。

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24. 利用管状试样测试各向异性材料双向应力状态力学性能的新方法
林艳丽, 何祝斌, 初冠南, 闫永达
金属学报    2017, 53 (9): 1101-1109.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00074
录用日期: 2017-06-14

摘要34)   HTML3)    PDF (2174KB)(612)   

为解决各向异性材料双向加载性能测试理论模型存在的测试物理量过多且实测困难的问题,提出了一种采用管状试样胀形直接测试双向加载力学性能的新方法:一点法。利用圆几何轮廓线为显性函数表达式的特征,推导了胀形过程中最高点轴向曲率半径和壁厚理论模型。仅需在胀形过程中测量最高点胀形高度,即可获得材料双向加载下的力学性能,为建立一个简单可靠且能在线实时测量的材料力学性能测试方法奠定了基础。并利用所建立的测试方法进行了AA6061铝合金挤压管坯的胀形实验。结果表明:管坯自由胀形时,其最高点实时壁厚和曲率半径均可表示为最高点胀形高度的显示函数。轮廓形状理论模型的预测精度随膨胀率的增大先提高后降低,膨胀率约为13%时预测精度最高,当膨胀率超过20%后,预测精度开始下降,但最大误差不超过±0.9%。最高点实时壁厚理论模型的预测精度基本不受试件几何尺寸的影响,长径比和径厚比改变时,差异很小,预测误差均不超过0.8%,这对保证双向加载条件下的力学性能测试精度是非常有益的。一点法可同时测得环向和轴向的应力应变分量,这为进一步分析各向异性对复杂应力状态下材料的流动及后继屈服奠定了基础。

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25. Al-7Si-Mg铝合金拉伸过程应变硬化行为及力学性能模拟研究
陈瑞, 许庆彦, 郭会廷, 夏志远, 吴勤芳, 柳百成
金属学报    2017, 53 (9): 1110-1124.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00547
录用日期: 2017-06-08

摘要64)   HTML5)    PDF (3563KB)(1096)   

建立了时效析出动力学模型、强化模型以及应变硬化模型,针对Al-7Si-Mg合金开展拉伸性能模拟研究。时效析出动力学模型可以模拟析出相密度、尺寸、分布、体积分数、基体中元素含量等微观组织参数,并结合强化模型获得合金的屈服强度。通过应变硬化模型可模拟合金在拉伸过程的应力-应变曲线,并结合关系式(σUTSY)=Y+n+f (Tss)获得合金的抗拉强度和延伸率。本工作首先模拟了Al-7Si-0.4Mg合金的析出相特征参数及屈服强度并进行实验验证,分析了模拟结果与实验结果之间存在偏差的可能原因。采用应变硬化模型模拟了Al-7Si-0.36Mg合金在拉伸过程的应力-应变曲线,分析时效处理和铸态组织细化程度对位错存储速率、动态回复速率及合金的应力-应变曲线的影响规律。采用本模型预测了Al-7Si-0.4Mg合金在不同时效温度下的抗拉强度和延伸率,并与实验结果进行对比,分析了二次枝晶臂间距对拉伸性能的影响。最后,对模型存在的局限性及影响拉伸性能预测精度的因素进行了分析。

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26. 基于GA-ELM的铝合金压铸件晶粒尺寸预测
梅益, 孙全龙, 喻丽华, 王传荣, 肖华强
金属学报    2017, 53 (9): 1125-1132.   doi:10.11900/0412.1961.2016.00573
录用日期: 2017-05-25

摘要52)   HTML2)    PDF (3139KB)(857)   

为提高铝合金压铸件晶粒尺寸预测的效率和准确率,应用遗传算法-极限学习机(GA-ELM)模型预测晶粒尺寸。ELM的输入层权值矩阵及隐含层阈值矩阵具有随机性,通过GA算法对ELM的输入层权值矩阵和隐含层阈值矩阵进行优化,建立GA-ELM模型。以晶粒尺寸作为输出参数,相关压铸工艺参数作为输入参数,通过压铸生产实验及金相测量获得相应数据,对GA-ELM模型进行实例分析,并与同样使用遗传算法优化的GA-BP神经网络模型和原始ELM模型预测结果进行对比。最后,通过金相组织测量实验验证GA-ELM模型预测结果的可靠性。结果表明,利用GA-ELM模型预测铝合金压铸件晶粒尺寸具有较高的预测精度及预测效率,与其它算法相比,具有一定的优越性。

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27. 铝合金薄板高转速搅拌摩擦焊接头组织与力学性能
刘奋军, 傅莉, 陈海燕
金属学报    2017, 53 (12): 1651-1658.   doi:10.11900/0412.1961.2017.00025
录用日期: 2017-06-05

摘要51)   HTML5)    PDF (9228KB)(798)   

采用高转速微型搅拌摩擦焊接工艺实现了0.8 mm厚6061-T6铝合金薄板对接。利用OM、SEM、TEM及EBSD等测试技术探讨了高转速对接头微观组织及力学性能的影响规律。结果表明,高转速焊接6061-T6薄板时,焊缝表面成型良好,焊缝各区域组织呈连续均匀过渡。与常规搅拌摩擦焊相比,高转速工艺下,焊缝区β-Mg2Si、S相(Al2CuMg)和Al8Fe2Si析出相数量增多,特别是长条状β-Mg2Si数量增多,焊缝区显微硬度值明显提升;转速8000 r/min、焊速1500 mm/min条件下,接头最大抗拉强度高达301.8 MPa,是母材抗拉强度(351.7 MPa)的85.8%;转速对6061-T6铝合金超薄板高转速搅拌摩擦焊对接接头抗拉强度影响较小,接头断裂模式为脆性断裂为主的韧-脆混合断裂。

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