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6061-t651铝合金力学性能测试及抗冲击性能研究

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6061-T651铝合金力学性能测试及抗冲击性能研究

作者：张永中国民航大学

学位级别：硕士

目前,随着航空业和航天业的高速发展,对铝合金的需求日益增多,对其动态力学性能的要求也越加苛刻。同时,近些年飞机遭受外来物(如飞鸟、冰雹、砂石、金属块等)撞击的事件频繁发生。此外,飞机机身蒙皮材料主要为6061-t651铝合金。因此研... 详细信息

目前,随着航空业和航天业的高速发展,对铝合金的需求日益增多,对其动态力学性能的要求也越加苛刻。同时,近些年飞机遭受外来物(如飞鸟、冰雹、砂石、金属块等)撞击的事件频繁发生。此外,飞机机身蒙皮材料主要为6061-t651铝合金。因此研究该铝合金的力学性能及抗外来物冲击性能,对于飞机防护结构的设计具有现实意义。在此背景下,国内外许多专家学者们逐渐开始重视铝合金防护性能的研究,其中包括铝合金材料的本构模型和失效准则,以及在外来物撞击下的抗冲击性能。但是国内外对于6061-t651铝合金的力学性能(本构模型和失效准则)及抗冲击性能的研究相对较少。对此,本文以6061-t651铝合金为研究对象,进行力学性能和弹道冲击试验。由于飞机蒙皮厚度为2 mm-5 mm之间,因此,本文首先选择2 mm厚的靶板进行弹道冲击试验和数值仿真研究。此外,在弹道冲击领域,多数学者以薄板和中厚度靶板进行研究,而对于厚板的研究鲜见报道,因此,本文以20 mm厚的靶板作为研究对象进行弹道冲击试验和数值仿真研究。首先,利用万能材料试验机和霍普金森压杆设备,分别进行准静态、高温和高应变率下的材料力学性能试验。通过测试试验发现,6061-t651铝合金材料的流动应力随塑形应变的增加无显著变化,可见材料无明显应变强化效应。但是,屈服强度随应变率的增加显著增大,而随温度的增加显著减小,因此,材料存在显著的应变率硬化效应和温度软化效应。6061-t651铝合金材料的断裂应变随应力三轴度的增加而减小,并且在低应力三轴度范围内,Lode角对材料断裂应变的影响十分明显。基于力学性能试验结果,修正Johnson-Cook(J-C)本构模型和断裂准则得到Modified Johnson-Cook(MJC)模型,并标定MJC模型和Modified Mohr-Coulomb(MMC)断裂准则的各项参数。其次,利用一级轻气炮进行不同头部形状的弹体撞击6061-t651铝合金薄板的弹道冲击试验,并采用MJC本构模型、MJC或MMC断裂准则进行相应的数值仿真计算。发现对于靶板不同的失效模式Lode角的影响程度不同,在数值预报中Lode角的作用对平头弹影响最大,其次是半球形弹和球形弹,对卵形头弹的影响最小,这与弹体头部形状曲率半径相关,即曲率半径越大Lode角的影响越小。最后,利用一级轻气炮进行平头弹侵彻6061-t651铝合金厚板的弹道冲击试验,同时,采用MJC本构模型、MJC或ASCE断裂准则进行相应的数值仿真计算,发现相对于MJC断裂准则,采用ASCE断裂准则预测的结果与试验吻合较好(比试验约高0.15%)。此外,对于延性金属,在平头弹侵彻作用下,通过采用Lode角相关断裂准则的预测结果发现,Lode角的影响随着金属材料延性的增加而减小。综上,本文对6061-t651铝合金材料进行了系统的力学性能研究、薄板抗不同头部形状弹体冲击性能的研究、厚板抗平头弹高速侵彻作用的研究,以及相应的数值仿真研究。其试验-数值仿真相结合的研究方法,以及考虑Lode角的断裂准则在数值预报中的应用,在冲击动力学相关的领域内有很好的参考和利用价值。其研究结果对高速冲击、爆炸、结构碰撞、航空业以及其他交通领域具有实际的工程意义。

关键词： 6061-t651铝合金力学性能 Lode角数值仿真抗冲击性能

中高温条件下6061-t651铝合金激光冲击强化研究

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中国激光 2012年第3期39卷 108-111页

作者：任旭东阮亮皇甫喁卓占秋波杨慧敏张永康江苏大学机械工程学院江苏镇江212013

利用高功率、短脉冲Nd∶YAG激光对6061-t651铝合金进行表面冲击强化处理,并分别在200℃、300℃、400℃和500℃的温度下对其进行性能测试,从残余应力、显微硬度和微观组织等方面分析了激光冲击处理(LSP)对其在高温条件下性能的影响。研... 详细信息

利用高功率、短脉冲Nd∶YAG激光对6061-t651铝合金进行表面冲击强化处理,并分别在200℃、300℃、400℃和500℃的温度下对其进行性能测试,从残余应力、显微硬度和微观组织等方面分析了激光冲击处理(LSP)对其在高温条件下性能的影响。研究结果表明中高温条件下激光冲击6061-t651铝合金的强化效果明显。200℃和400℃时试件的最大残余压应力出现在次表层,且温度越高残余压应力释放得越快,激光冲击硬化层深度约为0.3mm,500℃时的晶粒平均尺寸要比400℃时的大,晶粒尺寸和强化相是提高硬度的主要原因,不连续且粗大的晶界析出物提高了6061-t651铝合金的抗腐蚀性能。

关键词：激光技术激光冲击处理 6061-t651铝合金高温处理强化效果

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6061-t651铝合金单颗磨粒磨削仿真

工具技术 2020年第4期54卷 32-35页

作者：曹颜楠苗艺男关玉明河北工业大学机械学院河北工业大学机械工程学院天津市300130

通过简化并建立单颗磨粒磨削模型,采用ANSYS LS-DYNA进行对6061-t651特种铝合金磨削过程的理论研究和仿真分析,总结了单颗磨粒的磨削速度、磨削深度等工艺参数对磨削力大小以及磨屑的影响。研究表明:随着磨削速度的增加,单个磨料颗粒的... 详细信息

通过简化并建立单颗磨粒磨削模型,采用ANSYS LS-DYNA进行对6061-t651特种铝合金磨削过程的理论研究和仿真分析,总结了单颗磨粒的磨削速度、磨削深度等工艺参数对磨削力大小以及磨屑的影响。研究表明:随着磨削速度的增加,单个磨料颗粒的磨削力减小,并且递减速率呈先增大后减小的趋势;而磨削深度的增加则会使单个磨料颗粒的磨削力增大,且递增速率逐渐减缓。磨削过程中,磨屑形状受加工参数的影响,其中,磨削深度对磨屑形状的影响比磨削速度对磨屑形状的影响更大。

关键词： 6061-t651铝合金单颗磨粒 ANSYS LS-DYNA 工艺参数磨削力

工艺参数对铝合金摩擦挤压增材组织及性能的影响

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航空材料学报 2022年第1期42卷 59-67页

作者：唐文珅杨新岐田超博徐永生天津大学天津市现代连接技术重点实验室天津300354

采用6061-t651铝合金圆棒进行摩擦挤压增材制造(friction extrusion additive manufacturing,FEAM)工艺实验研究,探讨和分析不同主轴转速对单道双层增材试样的增材成形、组织特征和力学性能的影响规律。结果表明:对给定横向移动速度300 ... 详细信息

采用6061-t651铝合金圆棒进行摩擦挤压增材制造(friction extrusion additive manufacturing,FEAM)工艺实验研究,探讨和分析不同主轴转速对单道双层增材试样的增材成形、组织特征和力学性能的影响规律。结果表明:对给定横向移动速度300 mm/min,采用主轴转速为600 r/min和800 r/min均能获得完全致密无任何内部缺陷、厚度分别为2 mm和4 mm的单道双层增材试样,增材整体由细小等轴晶粒组成,增材层间实现冶金连接;800 r/min下工具轴肩的摩擦挤压作用降低,增材层间结合界面呈平直状,塑化金属流动不充分,沉积层宽度较窄、表面成形更粗糙;600 r/min下结合界面经历的塑性变形和热循环更为显著,晶粒细化至6.0μm,但增材界面区软化程度较严重,硬度仅为增材棒料母材的52.7%~56.2%,而800 r/min下界面区的硬度能够达到母材的56.0%~61.3%;在600 r/min和800 r/min下,增材试样均具有优良的综合力学性能,抗拉强度分别达到增材棒料母材6061-t651的66%和70%,而断后伸长率明显较高,分别为母材的212%和169%;与目前其他增材工艺力学性能比较均具有明显的优势。

关键词：摩擦挤压增材制造 6061-t651铝合金连接界面微观组织力学性能

激光-tIG复合填丝焊接工艺对6061铝合金焊缝组织与硬度的影响

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制造技术与机床 2022年第12期 121-126页

作者：卢帅晁艳普张楚翔岑辉曹福来陈良斌许昌学院电气与机械工程学院河南许昌461000 中国电气装备许继集团有限公司河南许昌461000

采用激光-tIG复合热源填丝焊接5 mm厚t651态6061铝合金,研究电弧电流对复合填丝焊接焊缝成形的影响,分析了优化工艺参数下的焊缝显微组织及显微硬度特征,并与单独tIG填丝焊接进行综合对比。结果表明:采用激光-tIG复合热源填丝焊接t651态... 详细信息

采用激光-tIG复合热源填丝焊接5 mm厚t651态6061铝合金,研究电弧电流对复合填丝焊接焊缝成形的影响,分析了优化工艺参数下的焊缝显微组织及显微硬度特征,并与单独tIG填丝焊接进行综合对比。结果表明:采用激光-tIG复合热源填丝焊接t651态6061铝合金,能够有效改善焊缝成形,当tIG电弧电流为140 A时焊接过程稳定,焊缝成形效果良好;复合填丝焊接焊缝中心区域的显微组织为等轴晶,熔合区组织由大量枝状晶组成;复合填丝焊接显微硬度高于单独tIG填丝焊接,焊缝区均存在软化现象,在选择的测试点范围内,复合填丝焊接焊缝中心区域的平均硬度为66.91 HV,约为母材硬度的62.0%,比单独tIG填丝焊接提高约13.1%。

关键词： 6061-t651铝合金激光-tIG复合填丝焊接焊缝成形显微组织显微硬度

激光冲击强化技术对城轨铝合金车体的性能影响

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轨道交通装备与技术 2021年第6期 36-38,42页

作者：黄晶晶苏州建设交通高等职业技术学校江苏苏州215104

激光冲击强化技术通过对金属表面进行细晶强化而达到提升性能的目的。本文通过分析6061-t651铝合金的化学成分、力学性能和激光强化后相应性能作对比,对铝合金在轨道车辆车体中的设计应用提供了参考。

关键词： 6061-t651铝合金激光冲击强化技术细晶强化轨道车辆车体