Fe含量对2219铝合金锻件焊接组织与性能的影响

为研究杂质Fe元素对2219铝合金及其焊接接头的组织、性能以及电化学腐蚀性能等的影响,采用力学拉伸、焊接试验以及金相和扫描电镜等分析测试方法,对0.15%(w)至0.01%(w)等不同Fe元素含量的2219铝合金锻件进行实验研究和分析。研究表明:2219铝合金中经热变形加工存在网络状Al_2Cu变成颗粒状和纤维状的Al_7Cu_2(Fe,Mn)相,随着Fe含量由0.15%(w)降低至0.01%(w),合金固溶时效后的Al_7Cu_2(Fe,Mn)相显著减少,锻件强度和塑性显著提高;合金焊接接头断口由脆性断裂逐渐转变为韧窝尺寸细小的韧性断裂,尤其对于延伸率,提高至近1.4倍,强度和塑性显著提高;合金的自腐蚀电流逐渐减小,单位面积上的线性极化电阻增大,合金焊接接头的耐腐蚀性能显著提高。     

航天用铝合金/ 焊丝焊接性研究

针对2A14、2219、2195、2A97、1460铝合金,通过焊接热模拟试验、焊接裂纹敏感性试验和拉伸试验,建立了材料脆性温度区间大小和焊接性的关系及焊丝主成分和焊接性的关系。结果表明,试验合金焊接性从好到差的排列顺序为2219、2A14、1460、2195、2A97。其中2A14、2219铝合金现用焊丝可以满足推进剂贮箱用铝合金焊接性要求。脆性温度区间较小时,焊接性良好,随脆性温度区间增加,焊接性变差;采用满足主成分含量之和为6%的焊丝焊接时,若抗裂性满足要求,则接头延伸率满足要求。     

2219铝合金搅拌摩擦焊缝Al2Cu相聚集行为特征分析

对2219C10S状态铝合金进行搅拌摩擦焊接试验,发现焊缝中存在聚集物的异常聚集现象,聚集相在X光检测中显示为亮白色聚集物,主要形态分为团块状、线状和指状三种,聚集相处焊缝的力学性能与无聚集相焊缝的力学性能基本相同。各形态聚集相的分布位置受搅拌头焊接影响区域的不同而不同,团块状聚集相主要存在于焊核中心或偏焊缝上表面位置处,线状和指状聚集相主要存在于焊核中心或偏焊缝根部位置处。对异常聚集相进行能谱分析知,聚集相主要组成元素为Al和Cu,原子百分比近似为2∶1,确定聚集相主要成分为Al2Cu。对聚集相的成因进行分析认为,聚集相的产生主要受搅拌摩擦焊接热输入及搅拌头机械搅拌作用的影响,在焊接过程中,塑态软化金属中的Al2Cu在填补搅拌针后方空腔的过程中出现了聚集行为,随着塑态金属的凝固,聚集行为开始变得缓慢并结束。     

Cu、Li 含量对Mg、Ag、Zn 复合微合金化铝锂合金力学性能及微观组织的影响

通过18个不同Cu(3.24%~4.16%)、Li(0.94%~1.44%)含量的0.4Mg+0.4Ag+0.4Zn复合微合金化Al-Cu-Li合金,研究总结了T8时效处理时Cu含量及Li含量对铝锂合金强度和微观组织的影响,并采用合金中非固溶Cu、Li原子总分数及Cu/Li原子分数比例阐明了强度及微观组织的影响规律及机理。结果表明:合金中时效强化相包括T1相(Al2Cu Li)、θ'相(Al2Cu)和δ'相(Al3Li)。Cu、Li原子总分数及其比例增加,合金中时效强化相总量及T1相比例大,合金强度较高。而Cu/Li原子分数比例较低,δ'相比例增加,T1相比例下降,合金强度降低。     

三种高强铝合金高温组织实时观察研究

2219、2A14、2195铝合金是航天领域常用的三种结构材料，特别是2195合金，因其密度低、比强度和比刚度高等优势在航天的应用越来越广泛。本文基于高温金相实时观测系统，在50 K/min加热速率下对强化态（固溶+时效）下的三种铝合金常温（约25℃）至软化温度（约600～660℃）下微观组织及相组成的变化过程进行了实时观察。结果表明：强化态下的三种铝合金均在高于其固相线的温度下发生了熔化，高温金相视场中的初始熔化位置位于圆形相（含有Al、Cu元素）附近，而块状相（含有Al、Cu、Fe等元素）则最后发生熔化。重新凝固后材料显微硬度降低50%左右，表明基体中的增强相减少；先析α相中Cu含量降低，大部分Cu元素均富集于晶界上形成接近共晶成分的网状富Cu相；未溶块状相熔点较高，重新凝固后被推移到晶界。对三种铝合金分析对比结果表明，2195合金固液温度区间最小，高温下形成的网状富Cu液膜最容易被拉开，因此该材料热裂纹敏感性最大。     

高强铝合金中间相Al2 Cu,Al2 CuMg和MgZn2性能的第一性原理计算

采用第一性原理平面波赝势方法,计算Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金主要中间相Al2 Cu,Al2 CuMg和MgZn2的结合能、形成焓、弹性常数及态密度。计算结果表明：3相结合能按MgZn2>Al2 CuMg>Al2 Cu顺序递减;形成焓按MgZn2>Al2 Cu>Al2 CuMg顺序递减;Al2 Cu具有很高的弹性模量,同时具有一定的塑性,可以作为合金的强化相;Al2 CuMg是典型的脆性相,并表现出明显的各向异性,容易诱导产生裂纹;MgZn2具有良好的塑性,同时熔点较低,是合金的主要强化相;3相中均存在离子键的相互作用,提高了结构稳定性;通过适当降低Cu,Mg含量,提高Zn的含量,有利于生成MgZn2相,进一步提高合金的综合性能。     

一种新型超高强铝锂合金薄板的时效行为与微观组织

为优化一种新型超高强Al-Cu-Li-X合金2 mm厚度薄板的热处理工艺,本文研究了其不同时效条件下的力学性能和微观组织。结果表明:预变形为6%时,T8态长时间(20~120 h)时效时可保持600MPa以上的抗拉强度。T8态时效时合金强化相为大量T1相(Al_2Cu Li)和部分θ'相(Al_2Cu),T6态时效时还可析出极少量S'相(Al_2CuMg)。预变形可促进T1相细小弥散析出,但抑制θ'相及S'相的析出。6%以下预变形可有效提高合金T8态时效的强度。6%以上预变形量的T8态时效合金中T1相密度明显增加,尺寸显著降低,θ'相减少,但相应合金抗拉强度的增量很小,而延伸率急剧下降;过大预变形(15%)则导致θ'相消失。     

国内铝锂合金基础研究及应用技术开发

总结了国内在铝锂合金主合金元素Cu、Li以及微合金元素Mg、Ag、Zn、稀土的(微)合金化效果及作用机理方面的研究结果。在主合金元素的研究方面,重点阐述了铝锂合金强度随Cu+Li总原子分数及Cu/(Cu+Li)原子分数比例增加而提高,但晶间腐蚀(IGC)抗力则随Cu/Li比增加而逐渐降低的规律及相关机理。在微合金化元素研究方面,主要阐述了Mg+X(X=Ag/Zn)添加促进T_1(Al_2CuLi)相形核并提高铝锂合金力学性能的机理,其强化效果的规律表现为:Mg+Ag+ZnMg+AgMg+ZnMg,同时还阐明了添加微量Zn元素提高铝锂合金IGC抗力,而添加微量Ag则降低IGC抗力的现象及其机理;另外,还总结了稀土(RE)元素分别在高Cu/Li比铝锂合金(以T1相为主强化相)及低Cu/Li比铝锂合金[以δ'(Al_3Li)相为主强化相]中的不利影响及有利影响的作用机理。除此之外,简述了国内航天用2195铝锂合金旋压、摩擦搅拌焊、氩弧焊、化铣等应用技术的开发情况。     

强磁场对Al-40％Cu合金中Al2Cu析出相的影响

在10T强磁场下进行了Al-40％ Cu(质量分数)合金重熔凝固实验,并用金相分析方法研究了磁场对凝固组织的影响.实验结果表明,Al-40％Cu合金在10T强磁场中凝固时,析出相Al2Cu形成与磁场方向成一角度的规则排列的平面层状组织.理论分析认为:由于Al2Cu晶体在不同方向的磁化率不同,在磁场中受到磁力矩的作用而转...     

2219 铝合金VPTIG 焊接接头拉伸性能分析

2219 铝合金气孔敏感性较强,变极性TIG 焊接工艺可以有效减少和抑制气孔产生,是适合于
2219 铝合金的焊接工艺。本文介绍了2219T62 铝合金VPTIG 焊接接头的拉伸性能,进行了拉伸断口形貌分析
和微观组织分析。结果表明:2219T62 铝合金VPTIG 焊接接头强度系数可以达到65% 以上,焊接接头为混合
断裂方式,VPTIG 焊缝盖面层气孔相比打底层较多。     

7085-T651铝合金特厚板组织性能的不均匀性

采用拉伸实验、剥落腐蚀实验、显微组织、化学成分、扫描电镜以及透射电镜和差示扫描量热法分析等手段,研究7085-T651铝合金特厚板组织性能的不均匀性。结果表明：110 mm厚7085-T651特厚板不同厚度层显微组织、力学性能和剥落腐蚀性能存在明显的不均匀性;1/4厚度层抗拉强度最低,为540 MPa,抗剥落腐蚀性能最差,腐蚀等级为EB级;心层抗拉强度最高,为580 MPa;表层抗剥落腐蚀性能最好,腐蚀等级为EA级;1/4层再结晶分数最多,约为47.7%,尺寸较大,约为105μm,晶界及晶内均有平衡相析出,时效析出相尺寸较小,因而力学性能及抗剥落腐蚀性能均最差;中心层再结晶分数最少,约为14.8%,存在大量亚晶,残余的 Al7 Cu2 Fe 相最多,约为1.43%,晶界平衡相尺寸、时效析出相尺寸及PFZ宽度均较大,因而力学性能较好而抗剥落腐蚀性能较差。     

焊接方法对2219铝合金性能及组织的影响

通过拉伸试验,利用扫描电镜与光学显微镜等手段,比较了搅拌摩擦焊(FSW)和变极性钨极氩弧焊(VPTIG)两种焊接方法对2219铝合金板材力学性能的影响.结果表明,无论何种焊接方法均使2219铝合金板材的强度和塑性下降,但是FSW焊接接头强度以及塑性等力学性能明显优于VPTIG焊熔焊接头.拉伸试样断口形貌以及显微组织分析显示,FSW焊核区组织均匀细密,断裂位置位于后退侧热影响区与焊核区的交界处.VPTIG焊接接头易出现气孔缺陷,熔合区是最薄弱环节.     

铝合金搅拌摩擦焊表面冷喷涂层的结构与耐蚀性

采用冷喷涂技术在2219铝合金搅拌摩擦焊接头上制备Al涂层,以提高搅拌摩擦焊接头耐蚀性。通过数字显微镜、扫描电镜、电化学工作站对Al涂层的结构及耐蚀性进行表征。结果表明:冷喷Al涂层质量良好,孔隙率仅为0.77%,涂层内部存在等轴晶、细化晶粒以及拉长晶粒,涂层界面以机械咬合为主,涂层/接头区界面质量明显优于涂层/母材区界面;电化学数据显示,涂层腐蚀敏感性较低,自腐蚀电位和腐蚀电流密度均低于热影响区,冷喷涂层降低了搅拌摩擦焊接头的腐蚀敏感性;晶间腐蚀实验表明,腐蚀6 h后,涂层最大腐蚀深度仅为热影响区最大腐蚀深度的50%,证明冷喷涂技术显著改善了搅拌摩擦焊接头的耐腐蚀性。     

低Cu含量Al-Mg-Si-Cu合金的T78双级时效

采用拉伸和加速腐蚀试验,分别测试了预时效（180℃）+再时效（190、200、210℃）对一种低Cu含量Al-Mg-Si-Cu合金拉伸性能和晶间腐蚀的影响,结果表明,延长预时效和再时效时间或提高再时效温度,合金强度逐渐降低,同时,腐蚀类型按晶间腐蚀→均匀腐蚀→坑蚀顺序演化。其中,经预时效（180℃/2~8 h）+再时效（200℃/6 h或210℃/2 h）处理,合金抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为380~395 MPa、360~380 MPa和12%~15%,腐蚀类型为均匀腐蚀,实现强度与耐蚀性的良好配合。透射电镜观察表明,随着双级时效程度的增加,合金强度的降低源于基体β"相的减少及β'相和Q'相的增加;晶间腐蚀倾向的降低与晶界Q相大间距、断续分布有关;坑蚀的形成则与结晶Q相吸收周围析出相、形成基体无析出区有关。     

转速对铝铜层状复合板搅拌摩擦焊接接头组织性能的影响

采用搅拌摩擦焊接(FSW)对铝铜层状复合板进行焊接,研究转速对焊接接头组织性能的影响。结果表明:FSW接头在焊缝区域内铝铜金属呈层状分布;随着搅拌头转速的增大,焊核区(NZ)中铝与铜晶粒尺寸增大;转速为1180 r/min时,铝层焊缝中心区域平均显微硬度为33.0 HV,超过母材显微硬度,抗拉强度为127.21 MPa;转速为750 r/min时,铜层焊缝中心区域平均显微硬度为99.7 HV,达到母材显微硬度的82.05%;孔洞缺陷是造成接头力学性能较低的主要原因。     

预拉伸处理对2 A97薄板组织和性能的影响

通过室温拉伸、腐蚀试验、TEM等手段,研究人工时效前预拉伸处理对2A97铝锂合金组织和性能的影响。结果表明：在相同时效工艺下,经3%的预拉伸变形后,2A97合金的强度和耐蚀性能都有较大提高,其中抗拉强度提高了32 MPa,晶间腐蚀等级变为点蚀等级;预拉伸处理促进了时效过程中T1相在晶内的均匀弥散析出,降低了δ′相的含量,抑制了晶界平衡相的析出,从而改善了合金的强度和耐蚀性能。     

2219薄板铝合金浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接及组织性能分析

以运载火箭助推器贮箱广泛应用的4 mm厚2219薄板铝合金为焊接对象,研制了浮动式双轴肩搅拌头,分析了内部塑性金属流动模式及特点,并推测出需匹配较低焊接热输入才能获得优质焊缝。工艺探索及优化试验结果直接验证了焊缝内部塑性金属流动模式及推测。接头宏观组织形貌分析结果显示:不同焊接速度下的焊缝横截面宏观形貌都可以观察洋葱环特征,且随着焊接速度提高,洋葱环特征越发增多,并从靠近前进侧的焊核区逐渐向后退侧孕育发展,这也有效验证了薄板铝合金双轴肩搅拌头的设计思路。薄板铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头横截面显微硬度分布均呈"U"型,接头显微硬度最低点位于焊核区与后退侧热机影响区的交界处。接头力学性能测试结果显示:随着焊接速度逐渐升高,接头抗拉强度逐渐升高,且当焊接速度达到350 mm/min时,接头抗拉强度达到最高值。铝合金浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接头延伸率整体较高,焊接速度对其影响不大。铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头正、背弯均可以达到180°无裂纹。基于立式纵缝搅拌摩擦焊系统成功实现了2 m长试片的浮动式双轴肩搅拌摩擦焊,累计焊接长度达到60 m,且双轴肩搅拌头完整,未发现裂纹、扭曲或其他损伤。