电脉冲处理对金属材料组织、力学性能影响的研究进展

多能量场辅助材料加工成形是先进制造技术发展的重要方向,其中电脉冲处理(EPT)是一种利用脉冲电流实现材料微观组织调控与力学性能改善的新型处理技术,在辅助金属材料制备和加工等领域有着广阔的应用前景。电脉冲处理具有能量利用率高、作用时间短等优点,在提高材料塑性、促进再结晶和相变等方面具有传统热处理无法比拟的优势。近年来,金属材料组织、力学性能对电脉冲处理的响应行为受到国内外学者的广泛关注。当脉冲电流加载于金属材料时,电场作用下的漂移电子与材料内部组织会发生相互作用,产生焦耳热效应、电迁移效应等电致塑性效应。因此,电脉冲处理能够增强原子扩散、促进位错运动,提高材料塑性变形能力。同时,脉冲电流能够显著促进晶粒细化、固态相变与织构弱化,从而使材料获得优异的综合力学性能。此外,电脉冲处理还可以实现材料内部孔洞和微裂纹的修复,有效抑制裂纹的扩展,从而提高材料的断裂韧性和延长材料的疲劳寿命。本文基于现有研究现状,从晶粒细化、固态相变、裂纹修复等方面,总结分析了电脉冲处理对金属材料微观组织和力学性能的影响规律与作用机制,同时,简要介绍了电脉冲处理改善焊接接头成形特征和性能的相关研究,最后对电脉冲处理技术...     

回填式搅拌摩擦点焊接头多点拉剪行为研究

目的 研究焊点数量及分布对回填式搅拌摩擦点焊接头力学性能的影响。方法 选取2 mm的2219-O和8 mm的2219-CS铝合金板,采用试验研究和数值模拟相结合的方式,研究不同焊点数量（2点、3点和4点）及焊点分布对回填式搅拌摩擦点焊接头力学性能的影响,以及在拉剪力作用下接头的应力分布状态。结果 多点接头成形良好,无飞边、毛刺产生;随着焊点数量的增加,接头力学性能逐渐提高,并且当上板受力侧焊点数量分布较多时,接头承载力较高。结论 在拉剪过程中,靠近上板受力侧的焊点承受较大作用力。当受力侧仅有一个焊点时,该焊点附近应力集中比较明显;当受力侧有两个平行焊点时,焊点平分载荷。当焊点数为4且呈正四边形分布时,接头承载力较高。     

不等厚2219铝合金板回填式搅拌摩擦点焊接头组织及性能研究

针对航空航天技术需求,采用回填式搅拌摩擦点焊技术对不等厚(2mm+8mm)2219铝合金板进行了焊接。通过改变焊接工艺参数(旋转速度、焊接时间和下压量),分析了不同焊接参数对点焊接头宏、微观组织及力学性能的影响规律。结果表明,随着旋转速度的增加,点焊接头拉剪力先增加,后降低;而延长焊接时间,可以提高接头拉剪力,但过长的时间会导致接头拉剪力降低;焊接下压量的选择,既要保证上下板的结合,又不能导致下板过度软化。当旋转速度为1 800r/min,焊接时间为6s,下压量为2.6mm时,所获点焊接头的拉剪力最大,为7 924N。回填式搅拌摩擦点焊接头有三种断裂型式:塞型断裂、剪切断裂和塞型-剪切混合型断裂。其中,发生塞型-剪切混合型断裂时,点焊接头的拉剪力较大。     

协同双面搅拌摩擦焊接6061铝合金工艺

针对常规顺序双面搅拌摩擦焊接（DS-FSW）的变形大、耗时长等问题,提出了一种协同双面搅拌摩擦焊接（SDS-FSW）技术,并通过研制的设备研究了SDS-FSW 6061铝合金接头的微观组织和力学性能。结果表明,当主轴转速为1 800 r/min,焊接速度为1 200 mm/min时,SDS-FSW焊接接头缺陷较相同焊接参数下DS-FSW接头的有所改善;在该焊接参数下,SDS-FSW接头的变形量（0.15 mm）远小于DS-FSW接头的变形量（1 mm）,且接头的拉伸性能更好,SDS-FSW和DS-FSW接头的最大拉力分别为36.8 kN和34.9 kN。     

焊接速度对BT-FSW 2219铝合金接头流动行为及组织与力学性能影响分析

以4 mm厚2219-T87铝合金为研究对象,采用数值模拟和试验研究相结合的方法,研究了焊接速度对双轴肩搅拌摩擦焊接(BT-FSW)过程中金属流动行为、接头组织特征和力学性能的影响. 模拟结果表明,随着焊接速度增加,焊缝高温区逐渐变窄,轴肩附近的材料流动减弱,而搅拌针附近的材料流动增强. 试验结果表明,随着焊接速度增加,材料汇流区及S线缺陷均向前进侧(AS)靠近,焊接速度过大时AS附近的搅拌区(SZ)形成不连续组织. 接头SZ的硬度值随着焊接速度增加而增大,而拉伸强度先增大后稍降低. 当转速为300 r/min,焊接速度为150 mm/min时,接头获得最大的拉伸强度,为414 MPa ± 4MPa.     

冷喷涂工艺参数对2219铝合金VPTIG接头残余应力分布的影响

采用氮气在不同气体温度(25、300和500℃)和压力(1.4、2.0和2.6 MPa)下对2219铝合金变极性钨极氩弧焊(VPTIG)接头表面制备了冷喷涂Cu涂层,分析了冷喷涂工艺参数对2219铝合金VPTIG接头残余应力的影响.结果 表明:当气体压力一定时,适当提高气体温度有利于改善接头残余拉应力大小及分布,但当气...     

冷喷涂改善2219铝合金熔焊接头残余应力新方法

目的采用冷喷涂技术改善2219铝合金变极性钨极氩弧焊(VPTIG)焊接接头残余应力。方法采用冷喷涂技术在8 mm厚2219铝合金VPTIG焊接接头表面进行Cu涂层制备,分析冷喷涂前后接头微观组织、力学性能及残余应力的变化,探究冷喷涂过程中高速碰撞颗粒的"喷丸效应"与加热气体的"热效应"对接头残余应力的改善作用及内在机制。结果冷喷涂前后,接头整体的微观组织无明显变化,但在焊缝表面(Cu涂层与焊缝结合面处)观察到明显的塑性变形。冷喷涂后,焊缝区上表面显微硬度提高,作用深度约2 mm(余高处);接头抗拉强度表观上稍有降低,这是由于涂层对焊缝的拉伸应变局部化改变所致,"喷丸效应"与"热效应"单独作用下,接头抗拉强度无明显变化,所有拉伸试样均从焊趾处沿着熔合区发生断裂。焊态接头残余应力分布总体呈拉应力状态,在焊缝处最大,经过冷喷涂后,焊缝残余拉应力峰值从约200MPa降到约24MPa,大部分区域从拉应力变为压应力,且分布均匀性变好。结论冷喷涂技术可以显著改善VPTIG焊接接头残余应力分布。冷喷涂粒子的"喷丸效应"对基体残余应力的改善作用显著。高温气流的"热效应"虽未能显著降低残余应力,但使应力分布变得均匀。     

冷喷涂对2219铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力与力学性能的影响

为了改善铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力与力学性能,在4 mm厚2219铝合金搅拌摩擦焊接头上表面进行冷喷涂试验,研究分析了冷喷涂前后接头残余应力与力学性能的变化. 结果表明,焊态接头纵向残余应力呈不对称“M”形分布,残余应力峰值位于前进侧靠轴肩附近;冷喷涂后,接头残余应力大幅度降低,残余应力峰值由186 MPa降低至43 MPa.涂层沉积厚度约200 μm,涂层与基体界面产生了较大的塑性变形,基体界面附近组织晶粒得以细化.由于冷喷涂过程的喷丸效应,接头上表面显微硬度平均提高了25 HV,作用深度约1 mm.接头拉伸性能也获得明显改善,抗拉强度提升6.3%,断后伸长率提升78.6%,焊态与冷喷涂态的拉伸试样均在接头前进侧的热影响区附近发生断裂,符合在低硬度区或弱结合面产生裂纹并扩展的弱区断裂的特征.