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2022和2139合金组织性能及热处理研究

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2022和2139合金组织性能及热处理研究

作者：刘瑶琼中南大学

学位级别：硕士

20世纪90年代初,欧美国家开始研制新一代超音速民航客机,其设计航速达到了Mach2.4,在机身与空气的摩擦作用下,此时机身蒙皮温度将达到160-190℃,局部温度可达200℃以上,而这已超过传统铸造冶金铝合金的使用温度范围。为了满足这一要求,A... 详细信息

20世纪90年代初,欧美国家开始研制新一代超音速民航客机,其设计航速达到了Mach2.4,在机身与空气的摩擦作用下,此时机身蒙皮温度将达到160-190℃,局部温度可达200℃以上,而这已超过传统铸造冶金铝合金的使用温度范围。为了满足这一要求,Alcan公司于2004年研究开发了新型高Cu/Mg比铝合金2022和2139,者在成分上的差别主要是前者不含Ag,而后者含有少量Ag。研究表明,2022具有高强、耐损伤、可时效成型等特点;而2139合金除了具有高强、可焊等优点外,而且在200℃热暴露后表现出高的断裂韧性和抗蠕变性能且强度损失较小,有望取代2618、2519等传统耐热铝合金,成为新一代超音速民用客机理想的蒙皮结构材料。目前,国内尚未开展有关2022和2139合金的研究。鉴于此,本研究以自制的2022和2139合金为研究对象,通过硬度测试、力学性能测试、透射电镜(TEM),扫描电镜(SEM)等方法研究了时效制度和Ag对合金常规力学性能、热稳定性及其微观组织结构的影响,并通过晶间腐蚀及电化学测试探讨了两种合金的腐蚀行为,且较系统地分析了时效制度和Ag对合金的作用机理。主要结论如下：(1)添加Ag元素使高Cu/Mg比Al-Cu-Mg合金主要析出相由0'相转变为Ω相,使含Ag的2139合金的时效硬化效果大于2022合金,显著提高了时效硬化速率和强化效果。(2)与T6态相比,预变形显著加快了2022合金的时效硬化响应,缩短峰值时效时间,峰值强度显著提高;但是降低了2139合金的峰值强度。透射电镜观察结果表明,2022-T8合金析出了大量Ω相,而θ'相较2022-T6合金细小且数量有所减少;2139-T8合金中的Ω相较2139-T6合金明显减少。(3)2022合金在175℃下进行应力时效析出的θ"相尺寸极为细小。应力时效推后了θ'相的析出,使得合金的在时效初期的主要析出相为θ”相,因此合金硬化速率较慢,且硬化峰值平台延长。在时效初期形核阶段就可观察到θ”相具有轻微的位向效应,且这种位向效应随着所加应力越大而越明显。(4)2139合金的良好耐热性源于Ω相具有优异的热稳定性。合金经过6%预变形后,主要析出相Ω相的密度降低,尺寸减小,故使得2139-T8合金热暴露后的强度都略低于T6态,因此2139合金T6态耐热性要优于T8态。(5)2022和2139合金在175℃时效后,两种合金在欠时效和峰时效都产生晶间腐蚀,且峰时效的晶间腐蚀敏感性最高,过时效由于强化相长大消耗了基体中所有的Cu,产生大面积腐蚀坑。Ω相与A1基体之间存在稳定的Mg-Ag原子层, Mg-Ag原子层的存在使Ω相作为腐蚀阴极的电位负移,阻碍了腐蚀反应的进行,使得在峰时效状态下,2139合金抗腐蚀性能优于2022合金,因此在高Cu/Mg的2XXX系铝合金中添加Ag可显著提高合金的晶间腐蚀抗性。

关键词： 2xxx系铝合金 Ω相应力时效高温拉伸热暴露晶间腐蚀

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轮廓法测试残余应力中的数据处理

中国机械工程 2017年第15期28卷 1778-1783页

作者：谢国贞吴运新龚海李晨刘瑶琼姬浩张伟中南大学机电工程学院长沙410083 高性能复杂制造国家重点实验室长沙410083 有色金属先进结构材料与制造协同创新中心长沙410083 中国航空工业集团公司第一飞机设计研究院西安710000

使用轮廓法测量铝合金T形构件淬火残余应力,重点研究了测量误差的数据处理。采用包络处理、左右轮廓平均、Gauss混合模型拟合以及节点插值处理后,得到最终轮廓值,并将其作为边界条件反向加载到应力重构有限元模型中,得到待测面应力场。... 详细信息

使用轮廓法测量铝合金T形构件淬火残余应力,重点研究了测量误差的数据处理。采用包络处理、左右轮廓平均、Gauss混合模型拟合以及节点插值处理后,得到最终轮廓值,并将其作为边界条件反向加载到应力重构有限元模型中,得到待测面应力场。使用X射线衍射法对待测面边界处应力进行修正。将测量结果和有限元模拟淬火结果进行对比,利用统计学方法分析对比结果。结果表明:轮廓法和X射线衍射法结合可以很准确地描述T形构件淬火残余应力场。T形构件淬火残余应力最大拉应力出现在筋条和腹板交界处,靠近腹板一侧。

关键词：轮廓法数据处理铝合金 T形构件残余应力

高Cu/Mg2×××系铝合金的微观组织与晶间腐蚀行为

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中国有色金属学报 2011年第12期21卷 3057-3063页

作者：刘瑶琼郑子樵李世晨林莉黄裕金中南大学材料科学与工程学院长沙410083

通过显微硬度测试、晶间腐蚀(IGC)、交流阻抗实验和透射电镜(TEM)观察,研究了2022和2139合金在T6(175℃)时效过程中的时效硬化特征、晶间腐蚀行为和微观组织演化。结果表明:2022和2139合金在175℃达到峰值时效的时间分别为20 h和15 h。... 详细信息

通过显微硬度测试、晶间腐蚀(IGC)、交流阻抗实验和透射电镜(TEM)观察,研究了2022和2139合金在T6(175℃)时效过程中的时效硬化特征、晶间腐蚀行为和微观组织演化。结果表明:2022和2139合金在175℃达到峰值时效的时间分别为20 h和15 h。两种合金在峰时效状态下其晶间腐蚀最为敏感;过时效状态下都产生大面积腐蚀坑而未观察到明显的晶间腐蚀。然而欠时效状态下2022合金的抗腐蚀能力优于2139合金的;峰时效状态下2022合金的抗腐蚀能力明显低于2139合金的,这与两种合金在不同的时效状态下析出相的种类、分布和形貌有关。

关键词： 2022合金 2139合金 Ag:晶间腐蚀交流阻抗

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2E12铝合金的高温塑性变形流变应力行为

中国有色金属学报 2010年第11期20卷 2094-2100页

作者：黄裕金陈志国舒军刘瑶琼周娴中南大学材料科学与工程学院长沙410083

通过在Gleeble-l500热模拟试验机上进行等温热压缩试验,研究2E12铝合金在变形温度为300～500℃和应变速率为0.0l～l0 s-1条件下的流变应力行为,计算、推导出用包含Arrhenius项的Zener-Hollomon参数描述2E12合金高温压缩流变行为的表达式... 详细信息

通过在Gleeble-l500热模拟试验机上进行等温热压缩试验,研究2E12铝合金在变形温度为300～500℃和应变速率为0.0l～l0 s-1条件下的流变应力行为,计算、推导出用包含Arrhenius项的Zener-Hollomon参数描述2E12合金高温压缩流变行为的表达式,并分析形变热、变形温度和应变速率等参数对流变应力的影响规律。结果表明:应变速率和变形温度对2E12合金的流变应力影响显著,流变应力随着温度的升高而降低,随着应变速率的提高而增大;在ε≥1 s-1时,形变热导致流变应力降低,且幅度随着应变速率的增大而增大,随着变形温度的升高而降低。

关键词： 2E12铝合金热变形流变应力本构方程

7050铝合金厚板弹性模量分布差异及其对预拉伸后残余应力的影响

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热加工工艺 2019年第24期48卷 25-29,36页

作者：刘瑶琼龚海孙燕杰第一飞机设计研究院陕西西安710000 中南大学机电工程学院湖南长沙410083 中南大学高性能复杂制造国家重点实验室湖南长沙410083 中南大学有色金属先进结构材料与制造协同创新中心湖南长沙410083

分析了织构和塑性变形对铝合金弹性模量的影响,建立了考虑弹性模量差异的7050铝合金厚板"淬火-预拉伸"有限元模型,分析了弹性模量对7050铝合金厚板残余应力的影响。结果表明:在拉伸率较小的情况下,厚板长向应力的消减优于横向应力;弹性... 详细信息

分析了织构和塑性变形对铝合金弹性模量的影响,建立了考虑弹性模量差异的7050铝合金厚板"淬火-预拉伸"有限元模型,分析了弹性模量对7050铝合金厚板残余应力的影响。结果表明:在拉伸率较小的情况下,厚板长向应力的消减优于横向应力;弹性模量的分布差异对铝合金厚板残余应力的消减有较大的影响。与弹性模量沿厚度分布对应,长向残余应力沿板厚度方向的分布表现出明显的差异;总体上分层模型的表层应力大于整体弹性模量模型的,分层模型的心部应力小于整体弹性模量模型的。

关键词：铝合金厚板残余应力弹性模量有限元

导电聚苯胺/MnO_2空气阴极氧还原动力学

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功能高分子学报 2008年第4期21卷 437-442页

作者：邓姝皓李惠李婧刘瑶琼孙磊中南大学材料科学与工程学院长沙410083 中南大学有色金属教育部重点实验室长沙410083

采用动电位扫描、交流阻抗技术研究了导电聚苯胺/MnO2复合阴极上氧还原反应动力学。动电位扫描表明氧在该复合阴极上还原的极化曲线服从Butler-Volmer公式,表观标准活化能为184.9 kJ/mol,反应为电化学步骤控制;交流阻抗谱观察到氧阴极... 详细信息

采用动电位扫描、交流阻抗技术研究了导电聚苯胺/MnO2复合阴极上氧还原反应动力学。动电位扫描表明氧在该复合阴极上还原的极化曲线服从Butler-Volmer公式,表观标准活化能为184.9 kJ/mol,反应为电化学步骤控制;交流阻抗谱观察到氧阴极还原由3个明显的线圈组成,表明氧阴极还原分3步进行,第1个圆弧随过电位的增大而显著减小,表明第1步电荷转移过程的确为氧还原反应的速率控制步骤;导电聚苯胺的高比表面积与MnO2的多微毛细管结构使氧在该复合电极上还原变得容易。

关键词：导电聚苯胺/MnO2电极动力学极化阻抗

分步冷压对7050铝合金T形锻件残余应力的影响

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热加工工艺 2022年第1期51卷 65-69页

作者：孙燕杰龚海刘瑶琼李晨刘晓龙中南大学轻合金研究院湖南长沙410083 中南大学机电工程学院湖南长沙410083 中南大学高性能复杂制造国家重点实验室湖南长沙410083 中航第一飞机设计研究院陕西西安710000 中国原子能科学研究院北京102413

采用有限元法研究了分步冷压对7050铝合金T形锻件淬火残余应力的影响,分析了冷压后锻件残余应力的分布规律,分析了摩擦系数对应力消减效果的影响。结果表明:T形锻件淬火残余应力呈“外压内拉”分布,筋条部位压应力达到-250 MPa,拉应力达... 详细信息

采用有限元法研究了分步冷压对7050铝合金T形锻件淬火残余应力的影响,分析了冷压后锻件残余应力的分布规律,分析了摩擦系数对应力消减效果的影响。结果表明:T形锻件淬火残余应力呈“外压内拉”分布,筋条部位压应力达到-250 MPa,拉应力达到220 MPa,翼板部位压应力达到-250 MPa,拉应力达到210 MPa;冷压后,淬火残余应力大幅下降,锻件大部分区域残余应力分布在-50〜50MPa范围。当摩擦系数为0.3时,锻件冷压后残余应力平均消减率最高,达到63%,T形锻件整体残余应力均值和方差最小,整体应力分布更为均匀。

关键词： 7050铝合金残余应力分步冷压有限元

PANI/MnO2复合空气电极的电化学制备及性能研究

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PANI/MnO2复合空气电极的电化学制备及性能研究

第七届中国功能材料及其应用学术会议

作者：邓姝皓李惠刘瑶琼陈军中南大学材料科学与工程学院中南大学有色金属教育部重点实验室

采用循环伏安法在含HSO,苯胺和MnSO溶液中在不锈钢上共沉积出聚苯胺/MnO(PANI/MnO)复合膜。采用X射线衍射、扫描电镜、红外光谱测试技术对共沉积的PANI/MnO复合膜进行表征,采用恒阻放电法测试复合电极与镁合金组成的原电池性能,采用电... 详细信息

采用循环伏安法在含HSO,苯胺和MnSO溶液中在不锈钢上共沉积出聚苯胺/MnO(PANI/MnO)复合膜。采用X射线衍射、扫描电镜、红外光谱测试技术对共沉积的PANI/MnO复合膜进行表征,采用恒阻放电法测试复合电极与镁合金组成的原电池性能,采用电化学方法研究了共沉积机理及复合空气电极上氧还原的机理。结果表明,PANI/MnO复合膜电化学共沉积是一个不可逆过程,沉积的PANI呈纤维状、包裹着MnO颗粒;PANI/MnO复合空气电极与镁合金阳极组成的原电池在3.5%NaCl溶液中恒阻(2.2Ω)放电可获得40.67mA/cm的工作电流;氧在PANI/MnO复合电极上还原是分2步进行的不可逆反应,并伴随MnO的自身氧化还原。

关键词： PANI/MnO2复合物空气电极共沉积氧催化还原

来源： cnki会议评论

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铝合金T形锻件淬火应力仿真与优化设计

轻合金加工技术 2016年第3期44卷 54-59页

作者：周万平吴运新刘瑶琼李晨张伟姬浩龚海中南大学高性能复杂制造国家重点实验室湖南长沙410083 中南大学机电工程学院湖南长沙410083 中南大学轻合金研究院湖南长沙410083 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所陕西西安710089

针对7050铝合金锻件淬火应力引起的加工变形问题,采用有限元软件***对横截面为T形的7050铝合金锻件中的淬火应力进行有限元数值模拟,并利用X射线仪器开展残余应力试验研究。对比试验数据证明其有限元数值模拟准确性。模拟与仿真的结果表... 详细信息

针对7050铝合金锻件淬火应力引起的加工变形问题,采用有限元软件***对横截面为T形的7050铝合金锻件中的淬火应力进行有限元数值模拟,并利用X射线仪器开展残余应力试验研究。对比试验数据证明其有限元数值模拟准确性。模拟与仿真的结果表明,应力在T形锻件的横截面呈分层分布且近似平行于构件外表面轮廓;锻件淬火压应力较大的区域在腹板上下表面和筋条顶部,拉应力较大的区域在腹板与筋条交叉部位的心部。受到边缘应力释放效应的影响,锻件长度方向两端的应力明显低于长度方向中间部位的应力。

关键词：铝合金有限元淬火残余应力 X射线衍射