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电解渗氢对6061-T6铝合金拉伸性能和断裂过程的影响

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腐蚀与防护 2023年第3期44卷 24-30页

作者：魏金韬滕越王慧陈国宏缪春辉汤文明合肥工业大学材料科学与工程学院合肥230009 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院合肥230601 中国科学院固体物理研究所材料物理重点实验室合肥230031 中国科学技术大学合肥230026

通过电解渗氢试验,研究了电流密度与渗氢时间对6061-T6铝合金拉伸性能及断裂过程的影响。结果表明:在电解渗氢过程中,氢原子在6061-T6铝合金试样表面氧化层吸附,这部分氢原子可在150℃以下发生低温脱附;氢原子还向合金内部扩散,在位错... 详细信息

通过电解渗氢试验,研究了电流密度与渗氢时间对6061-T6铝合金拉伸性能及断裂过程的影响。结果表明:在电解渗氢过程中,氢原子在6061-T6铝合金试样表面氧化层吸附,这部分氢原子可在150℃以下发生低温脱附;氢原子还向合金内部扩散,在位错或晶界等位置偏聚,导致Al晶格畸变,这部分氢原子的脱附温度要高得多;随着电流密度的增大与渗氢时间的延长,6061-T6铝合金试样渗氢层深度逐渐增大,强度及塑性逐渐降低,准解理断口比例逐渐增大;电解渗氢后6061-T6铝合金的塑性指标下降明显。

关键词： 6061-T6铝合金电解渗氢扩散脱附力学性能断口形貌

激光冲击强化层数对6061-T6铝合金抗腐蚀性能的影响

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吉林大学学报（工学版） 2019年第3期49卷 842-849页

作者：鲁金忠周婉婷张圣洋邵亦锴王长雨罗开玉江苏大学机械工程学院江苏镇江212013

针对6061-T6铝合金在各种极端工况下抗腐蚀性较差的问题,采用激光冲击强化对6061-T6铝合金进行不同层数的冲击处理,通过测量残余应力和表面粗糙度观察了微观组织和电化学腐蚀,分析了激光冲击强化对6061-T6铝合金抗腐蚀性能的影响。结果... 详细信息

针对6061-T6铝合金在各种极端工况下抗腐蚀性较差的问题,采用激光冲击强化对6061-T6铝合金进行不同层数的冲击处理,通过测量残余应力和表面粗糙度观察了微观组织和电化学腐蚀,分析了激光冲击强化对6061-T6铝合金抗腐蚀性能的影响。结果表明:激光冲击强化后,材料表面的残余压应力、表面硬度随激光冲击层数的增加而增加;冲击区域晶粒明显细化,细化层深度随冲击层数的增加而增加;材料表面的粗糙度随冲击层数的增加而降低;激光冲击强化处理后材料的电化学腐蚀电流减小、阻抗半径增大,表面点蚀坑的生长受到明显抑制;残余应力增加、微观组织细化和表面粗糙度降低,三者共同作用提升了6061-T6铝合金的抗腐蚀性能。

关键词：机械制造激光冲击强化 6061-T6铝合金残余应力微观组织表面粗糙度抗腐蚀性能

时效处理对6061-T6铝合金板组织和力学性能的影响

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热加工工艺 2023年第10期52卷 134-137,144页

作者：邓云飞李兵张鹏王敏湖北汽车工业学院材料科学与工程学院湖北十堰442002

通过采用拉伸试验、扫描电镜和光学显微镜等试验方法,研究了时效处理对6061-T6铝合金板力学性能和组织的影响。结果表明:时效温度过低或时效时间较少,合金弥散强化效果减弱;而时效温度过高或时效时间过长,析出的晶粒尺寸变大。随着时效... 详细信息

通过采用拉伸试验、扫描电镜和光学显微镜等试验方法,研究了时效处理对6061-T6铝合金板力学性能和组织的影响。结果表明:时效温度过低或时效时间较少,合金弥散强化效果减弱;而时效温度过高或时效时间过长,析出的晶粒尺寸变大。随着时效温度的升高,抗拉强度先增大后减小,时效温度为190℃时铝合金的抗拉强度最大为336MPa,时效温度为150℃,时效时间为2 h,铝合金最大断后伸长率为21.47%。6061-T6铝合金的硬度受时效温度的影响较大,受时效时间的影响较小,在时效温度为170℃、时效时间为2 h时达到最大硬度114.2 HV。拉伸断口分析表明随着时效温度和时效时间的增加,韧窝的数量变少且深度变浅,材料的塑性较差。

关键词：时效处理 6061-T6铝合金微观组织力学性能

工艺参数对6061-T6铝合金激光焊接接头组织及性能的影响

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热加工工艺 2023年第21期52卷 26-31页

作者：徐育烺李超然李敬勇石铭霄江苏科技大学先进焊接技术省级重点实验室江苏镇江212003

采用激光自熔焊对4 mm厚的6061-T6铝合金板进行对接焊试验。通过金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜等分析手段对焊接接头的宏观形貌和微观组织进行观察。利用显微硬度计和万能拉伸试验机对焊接接头进行力学性能检测。结果显示:激光焊... 详细信息

采用激光自熔焊对4 mm厚的6061-T6铝合金板进行对接焊试验。通过金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜等分析手段对焊接接头的宏观形貌和微观组织进行观察。利用显微硬度计和万能拉伸试验机对焊接接头进行力学性能检测。结果显示:激光焊接参数对6061-T6铝合金焊缝宏观形貌有显著影响。采用适当的激光焊接参数能得到成型良好的焊缝和较低的气孔率。最优的焊接参数为激光功率4.8 kW,焊接速度30 mm/s,离焦量-1 mm。熔合线附近组织为垂直于熔合线方向生长的柱状晶,焊缝中心组织由细小的树枝晶组成,晶粒尺寸明显低于母材的。6061-T6铝合金激光焊接头的显微硬度曲线接近于“U”形,其中,焊缝中心硬度较低,约为65 HV。接头试样断裂位置均处于焊缝区,焊接接头的抗拉强度最高可达到母材的71.7%,断裂类型属于准解理断裂。

关键词： 6061-T6铝合金激光焊组织力学性能

焊接参数对6061-T6铝合金薄板的HR-FSW轴向力的影响

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热加工工艺 2022年第1期51卷 34-38页

作者：储龙飞范炜陈书锦王鹏浩谢青霖任剑剑江苏科技大学材料科学与工程学院江苏镇江212000

采用高转速搅拌摩擦焊接(HR-FSW)方法实现了1mm厚6061-T6铝合金薄板的对接试验,研究了焊接速度对轴向力和力学性能的影响。试验结果表明:焊接速度对轴向力起到决定性的作用,焊接轴向力随着焊接速度的增加而增加;当轴向力处于0.9-1 kN之... 详细信息

采用高转速搅拌摩擦焊接(HR-FSW)方法实现了1mm厚6061-T6铝合金薄板的对接试验,研究了焊接速度对轴向力和力学性能的影响。试验结果表明:焊接速度对轴向力起到决定性的作用,焊接轴向力随着焊接速度的增加而增加;当轴向力处于0.9-1 kN之间(焊接速度为200-300 mm/min)时,焊接接头组织均匀,力学性能较好;在主轴转速为10000 r/min,焊接速度为300 mm/min,轴肩下压量为0.06 mm下可以获得最佳焊缝,其组织均匀,外表成型美观、无焊接缺陷,抗拉强度达到201.92 MPa,约为母材的70%。

关键词： 6061-T6铝合金高转速搅拌摩擦焊焊接轴向力抗拉强度微观组织

6061-T6铝合金的氢致损伤及Ⅲ型储氢气瓶长期服役可靠性的综合评价

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6061-T6铝合金的氢致损伤及Ⅲ型储氢气瓶长期服役可靠性的综合评价

作者：魏金韬合肥工业大学

学位级别：硕士

在储氢气瓶长期服役过程中,一方面,氢气渗透可能造成其内胆的氢致损伤,另一方面,快速充放氢可能会导致内胆及气瓶的疲劳损伤,甚至会导致爆炸,酿成安全事故。因此,开展储氢气瓶长期服役可靠性评价研究,具有重要的理论和工程应用价值。本... 详细信息

在储氢气瓶长期服役过程中,一方面,氢气渗透可能造成其内胆的氢致损伤,另一方面,快速充放氢可能会导致内胆及气瓶的疲劳损伤,甚至会导致爆炸,酿成安全事故。因此,开展储氢气瓶长期服役可靠性评价研究,具有重要的理论和工程应用价值。本文采用电解渗氢与低周疲劳,实验模拟研究Ⅲ型储氢气瓶在充放氢及长期服役过程中,6061-T6铝合金内胆的渗氢特性及对合金力学性能、断裂机制与抗疲劳性能的影响。选用UG与ACP软件,建立Ⅲ型储氢气瓶有限元分析模型,在Workbench软件中进行模型的分析与优化,获得符合DOt-CFFC标准的气瓶结构。将实验所得数据代入模型中,开展充放氢过程对Ⅲ型储氢气瓶的失效强度影响的数值模拟研究,综合评价Ⅲ型储氢气瓶长期服役可靠性。电解充氢过程中,氢原子部分吸附在铝合金表面氧化层中,部分溶入铝合金内部,导致6061铝合金强度及塑性降低,且对合金塑性的影响更加明显。低周疲劳导致6061铝合金强度与屈强比上升,塑性下降。在低周疲劳与电解渗氢共同作用下,6061铝合金强度小幅增大,塑性持续降低。随着σ的增大,塑性降低幅度增大,拉伸断面准解理断裂特征愈加显著,服役可靠性降低。采用UG与ACP软件,建立Ⅲ型储氢气瓶有限元分析模型,计算气瓶的最佳自紧力,开展储氢气瓶在不同承压工况下的应力分布模拟。基于DOt-CFFC标准要求,计算得到该气瓶的最佳自紧力为63 MPa,确定储氢气瓶结构,具有合理性和可靠性。基于“首层失效准则”,模拟计算得到渗氢与未渗氢Ⅲ型储氢气瓶的最终失效压力均为130 MPa,此时纤维缠绕层已出现损伤而内胆层仍未达到极限强度。基于“末层失效准则”,模拟计算得到渗氢与未渗氢Ⅲ型储氢气瓶的最终失效压力均为145 MPa,纤维层作为气瓶主要承载层,内胆渗氢对此无影响。当内压为132 MPa时,渗氢Ⅲ型储氢气瓶发生内胆破裂,而未渗氢Ⅲ型储氢气瓶发生内胆破裂的内压为138 MPa,均符合“未爆先漏”原则。但渗氢气瓶内胆层失效时的强度较未渗氢气瓶下降了约5%,可见,Ⅲ型储氢气瓶在长期服役条件下,内胆层产生一定程度的氢脆,导致气瓶的整体服役可靠性略有下降。

关键词： Ⅲ型储氢气瓶 6061-T6铝合金电解渗氢低周疲劳有限元分析服役可靠性

激光清洗6061-T6铝合金腐蚀层对耐蚀性能及焊接质量的影响

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激光清洗6061-T6铝合金腐蚀层对耐蚀性能及焊接质量的影响

作者：文婷西南交通大学

学位级别：硕士

C80型运煤敞车是我国为大秦线煤炭运输设计制造的专用敞车,由于车身铝合金的大量应用,使得自身重量显著降低,运载能力得到明显提高。但是,因其服役环境的特殊性,冬季运输洗精煤时需要喷洒大量含氯离子的防冻液以保证正常运输。该种防冻... 详细信息

C80型运煤敞车是我国为大秦线煤炭运输设计制造的专用敞车,由于车身铝合金的大量应用,使得自身重量显著降低,运载能力得到明显提高。但是,因其服役环境的特殊性,冬季运输洗精煤时需要喷洒大量含氯离子的防冻液以保证正常运输。该种防冻液的使用会造成车身铝合金腐蚀,影响车体寿命。车体表面的腐蚀层既影响车体外观,又影响车体焊修质量,但对腐蚀性的防冻液具有一定的抵御作用。在检修、厂修阶段,为保证车体焊修质量,通常会采用机械清洗方法去掉车体铝合金表面的腐蚀层。机械清洗虽能有效去除表面的腐蚀层,但对车体铝合金会造成一定的损伤,使其对防冻液的抵御能力降低。所以获得能在去除表面腐蚀层保证焊修质量的同时也能使表面对防冻液的耐蚀性能不降低的清洗方法至关重要。本文采用激光清洗的方法实现了C80型运煤敞车用6061-T6铝合金表面腐蚀层的去除,研究了激光清洗对铝合金焊缝质量及对铝合金在Ca Cl溶液中耐蚀性能的影响。主要研究内容如下:通过模拟C80运煤敞车服役环境,将车体所用的6061-T6铝合金通过在33wt.%的Ca Cl溶液中进行干湿交替实验制备腐蚀层。采用场发射扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)对腐蚀层的成分、形貌进行了表征分析,发现铝合金表面生成的腐蚀层主要由存在裂纹的氧化物和絮状颗粒物组成。通过正交试验得到了脉冲宽度为60ns时,激光清洗6061-T6铝合金表面腐蚀层的较优工艺参数窗口,随后通过单因素试验分析了各工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间距、脉冲频率)对激光清洗铝合金表面氧含量及粗糙度的影响。研究发现,当激光脉冲宽度为60ns时,在特定的工艺参数窗口下,铝合金表面氧含量随着激光功率的升高而降低,随着扫描速度的升高而降低,随着扫描间距的增加而升高,随着脉冲频率的增加而呈上升的趋势;表面粗糙度随着激光功率的增加而降低,随着扫描速度的增加而升高,随着扫描间距的增加呈现先降低后升高的趋势,随着脉冲频率的增加呈现上升的趋势。结合表面氧含量及表面粗糙度得到了在脉冲宽度为60ns时,6061-T6铝合金表面腐蚀层的最佳激光清洗工艺参数为:激光功率90W,扫描速度6000mm/s,扫描间距0.03mm,脉冲频率2000k Hz。结合腐蚀层的形貌、成分,阐述了腐蚀层脉冲激光清洗的两种机理,通过高速摄像对脉冲激光清洗过程的观测以及对脉冲激光清洗过程中产生的气溶胶颗粒的成分、形貌的分析,结合理论得到6061-T6铝合金表面腐蚀层的脉冲激光清洗机理为“烧蚀气化+热振动”的混合机制。通过X射线光电子能谱技术(XPS)分析了原始试样、激光清洗试样以及机械打磨试样的表面组成,发现机械打磨和激光清洗都可以很好地去除原始表面由Al(OH)+AlO+Mg O组成的腐蚀层,机械打磨后铝合金表面由于暴露出部分铝基体而使表面耐蚀性能降低,激光清洗后的铝合金表面由于生成了新的更加致密均匀的AlO+Mg O氧化膜使得表面耐蚀性能提高。对比了原始试样、机械打磨试样以及激光清洗试样表面对波长为1064nm激光的吸收率,发现激光清洗后铝合金表面对激光的吸收率最高,原始表面次之,机械打磨表面最低。通过激光-MIG复合焊接试验,发现焊前激光清洗的铝合金焊缝成型质量最好,由于激光清洗去除表面腐蚀层后提高了表面对激光的吸收利用率,使得焊缝熔深增大,焊缝气孔率降低。

关键词： 6061-T6铝合金腐蚀层激光清洗工艺激光清洗机理耐蚀性能焊接质量

激光冲击工艺对6061-T6铝合金侵蚀性能的影响（英文）

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transactions of Nonferrous Metals Society of China 2016年第6期26卷 1522-1530页

作者： J.IBARRA E.RODRíGUEZ O.JIMéNEZ G.GóMEZ-ROSAS M.FLORES J.VERDUZCO J.CHáVEZ Universidad de Guadalajara Departamento de Ingeniería de Proyectos Universidad de Guadalajara Departamento de Física Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías

采用激光冲击工艺处理6061-T6铝合金,研究了二氧化硅砂对其侵蚀磨损性能的影响。其中冲击角为15°、30°、60°、90°,粒子速率为37和58 m/s,采用两种激光进行辐照。采用3D轮廓测量法表征了侵蚀形貌,并采用SEM研究其侵蚀机理。结果表明... 详细信息

采用激光冲击工艺处理6061-T6铝合金,研究了二氧化硅砂对其侵蚀磨损性能的影响。其中冲击角为15°、30°、60°、90°,粒子速率为37和58 m/s,采用两种激光进行辐照。采用3D轮廓测量法表征了侵蚀形貌,并采用SEM研究其侵蚀机理。结果表明,冲击角较小时,侵蚀磨损最大。侵蚀强度和侵蚀机理不受激光冲击工艺的影响,而与侵蚀的高应变速率有关。侵蚀图之间的差异是由于激光冲击工艺造成的表面粗糙度不同。最大质量损失和最大侵蚀深度分别出现在冲击角度为15°和30°时。最后,发现了明显的侵蚀机理的转移,从低角度的切割机制到90°时的凹坑形成。

关键词： 6061-T6铝合金侵蚀磨损激光冲击工艺

6061-T6铝合金/QP1180钢搅拌摩擦搭接焊接头微观组织与疲劳性能研究

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6061-T6铝合金/QP1180钢搅拌摩擦搭接焊接头微观组织与疲劳性能研...

作者：郝政扬西安建筑科技大学

学位级别：硕士

轻量化推动了汽车行业对于高比强度材料需求的增长,轻质高强的铝合金和先进高强钢逐步替代传统钢铁材料在汽车制造等领域得到广泛应用。由于铝和钢的热物理性质差异极大,采用传统熔化焊接时界面易生成较厚的硬脆性Al-Fe金属间化合物(Int... 详细信息

轻量化推动了汽车行业对于高比强度材料需求的增长,轻质高强的铝合金和先进高强钢逐步替代传统钢铁材料在汽车制造等领域得到广泛应用。由于铝和钢的热物理性质差异极大,采用传统熔化焊接时界面易生成较厚的硬脆性Al-Fe金属间化合物(Intermetallic Compounds,IMCs),严重降低了接头力学性能。搅拌摩擦搭接焊(Friction Stir Lap Welding,FSLW)作为一种固相连接技术,能有效避免材料在熔化焊接中因高温产生的气孔、热裂纹、成分偏析等问题,可实现铝钢异种材料的高效优质焊接。本文采用FSLW技术对6061-T6铝合金与QP1180钢进行了焊接,在微观组织、力学性能、疲劳性能和中间层对接头组织及性能的影响机制等方面展开系统研究。本文首先研究了焊接参数对接头微观组织和力学性能的影响,在此基础上分析了采用最优参数获得的接头的疲劳性能及断裂模式,最后讨论了中间层材料对接头界面组织和疲劳性能的影响。本研究的主要内容和结论如下:采用不同压下量(0.1 mm、0.2 mm、0.3 mm)和不同转速(500 rpm、1000 rpm)对铝和钢异种材料进行FSLW。结果表明:压下量为0.2 mm时,接头的界面结合状态和力学性能最优。与高转速(1000 rpm)接头相比,低转速(500 rpm)接头的热输入更低,界面金属间化合物层厚度更小,铝侧各区域晶粒更细,显微硬度更高,该接头最优剪切强度为7.6 kN。界面层由于非对称扩散形成了具有浓度梯度的富铝层和富铁层,主要包含AlFe、FeAl、FeAl三种金属间化合物。研究了不同参数和载荷对接头疲劳性能和断裂模式的影响,分析了接头在不同断裂模式下的损伤机制。焊接参数为500 rpm-150 mm/min-0.2 mm的接头表现出最优的疲劳性能,在疲劳载荷为1.5 kN时循环次数达到10。不同载荷下,由于应力集中位置不同接头倾向于产生不同的断裂模式:载荷较高时(≥4.5 kN),接头易发生界面断裂;载荷较低时(<4.5 kN),接头易发生铝侧断裂。在两种断裂模式下,裂纹均萌生于Hook外侧的金属间化合物层,硬脆的Al-Fe系金属间化合物是接头发生开裂失效的主要原因。研究了中间层Ni对接头疲劳性能和界面硬脆性的影响。中间层阻隔了FSLW过程中铝钢的直接接触,形成了一层以AlNi、AlNi、AlNi为主的Al-Ni过渡层。第一性原理计算表明:Al-Fe系金属间化合物多表现为硬脆性,Al-Ni系金属间化合物多表现为韧性。Ni层的加入提高了铝钢接头的疲劳性能,在循环次数为10下,疲劳极限载荷提高至2.25 kN;此外,具有足够韧性的Al-Ni金属间化合物层有效延缓了裂纹的萌生与扩展,避免了接头在疲劳循环载荷下过早开裂。

关键词：搅拌摩擦搭接焊 QP1180钢 6061-T6铝合金金属间化合物微观组织疲劳性能