3003铝合金激光冲击微挤压成形研究

《3003铝合金搅拌摩擦焊组织与性能研究》篇一一、引言搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding, FSW）是一种先进的固态焊接技术，特别适用于铝合金等轻质材料的连接。

3003铝合金因其良好的塑形、抗腐蚀性和可焊性等优点，在航空、汽车等制造领域中广泛应用。

本文将就3003铝合金搅拌摩擦焊的组织与性能进行详细研究，为优化其焊接工艺、提高焊缝性能提供理论依据。

二、实验材料与方法1. 材料准备实验所采用的3003铝合金材料具有良好的塑性、韧性和耐腐蚀性。

实验前，对材料进行清洗、去氧化皮等预处理。

2. 搅拌摩擦焊实验采用先进的搅拌摩擦焊设备进行实验，设置不同的焊接速度、焊接深度等参数，进行多组实验。

3. 组织与性能分析对焊接后的样品进行切割、磨光、抛光等处理，并利用光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）等设备观察其组织形态。

同时，通过硬度计、拉伸试验机等设备对焊缝的硬度、拉伸性能等进行测试。

三、实验结果与分析1. 焊缝组织观察通过光学显微镜和扫描电子显微镜观察发现，搅拌摩擦焊后的焊缝组织均匀、致密，无明显气孔、裂纹等缺陷。

在焊接过程中，搅拌针的作用使得焊缝金属发生塑性流动，形成细小的晶粒结构。

此外，热力耦合作用下还可能形成少量的硬质颗粒，为提高焊缝性能提供了基础。

2. 焊缝硬度分析实验结果表明，焊缝的硬度高于母材，这是由于焊接过程中材料的塑性流动和晶粒细化作用所导致。

在不同焊接参数下，焊缝的硬度有所差异，但总体上均表现出较高的硬度水平。

3. 拉伸性能测试拉伸试验结果表明，3003铝合金搅拌摩擦焊的拉伸性能良好。

在适当的焊接参数下，焊缝的抗拉强度接近或达到母材的水平。

此外，焊缝的延伸率也表现出较好的水平，说明其具有良好的塑形变形能力。

四、讨论与结论通过对3003铝合金搅拌摩擦焊的组织与性能进行研究，我们发现：1. 搅拌摩擦焊技术能够有效地将3003铝合金连接起来，焊缝组织均匀致密，无明显缺陷。

2. 焊接过程中材料的塑性流动和晶粒细化作用提高了焊缝的硬度，使其具有较高的力学性能。

《3003铝合金搅拌摩擦焊组织与性能研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，铝合金因其轻质、高强、耐腐蚀等优点，在航空、汽车、船舶等行业中得到广泛应用。

而搅拌摩擦焊作为一种新型的焊接工艺，其焊接过程不会产生飞溅和烟尘，焊缝强度高且连接效果好，成为铝合金连接领域的一种重要工艺。

3003铝合金作为铝锰合金的典型代表，具有优良的加工性能和焊接性能，因此对其搅拌摩擦焊的组织与性能进行研究具有重要意义。

二、3003铝合金搅拌摩擦焊的组织研究2.1 焊接过程与组织变化在搅拌摩擦焊过程中，由于摩擦热和塑性变形的作用，焊缝区发生显著的微观组织变化。

在焊缝的初始阶段，材料受热并发生塑性变形，随着温度的升高和变形的加剧，金属的晶粒结构逐渐细化。

此外，焊接过程中还伴随着晶界处合金元素的扩散和流动，使得晶界形态发生改变。

2.2 焊接组织的结构特征在焊缝组织中，我们可以观察到细化的晶粒、丰富的位错结构和微量的残余空隙等特征。

其中，细化的晶粒结构能够有效地提高材料的强度和韧性。

同时，适量的位错结构也有助于提高材料的塑性变形能力。

此外，焊接过程中应尽量避免残余空隙的产生，因为这将对材料的性能产生不利影响。

三、3003铝合金搅拌摩擦焊的性能研究3.1 力学性能通过拉伸试验和硬度测试等方法，我们可以对3003铝合金搅拌摩擦焊的力学性能进行评估。

结果表明，经过搅拌摩擦焊后，焊缝的强度和硬度均有所提高。

这主要是由于焊接过程中组织的细化、晶界强化和合金元素的重排等因素所引起的。

此外，焊接后的韧性也有所改善，提高了材料对裂纹等外部应力的抵抗能力。

3.2 耐腐蚀性能铝合金在特定环境下易发生腐蚀现象，因此耐腐蚀性能也是评价其性能的重要指标之一。

研究表明，经过搅拌摩擦焊后，焊缝的耐腐蚀性能得到提高。

这可能是由于焊接过程中合金元素的重新分布和晶界结构的改变所引起的。

此外，焊缝表面光滑度的提高也有助于提高其耐腐蚀性能。

四、结论通过对3003铝合金搅拌摩擦焊的组织与性能进行研究，我们发现焊接过程能够有效地改善材料的组织和性能。

3003al挤压强度曲线
3003AL合金是一种铝合金，它具有良好的加工性能和耐腐蚀性能。

挤压强度曲线是描述3003AL合金在挤压加工过程中所表现出的强度变化的曲线。

挤压是一种常见的金属加工工艺，通过将金属坯料置于挤压机内，施加压力使其通过模具产生所需的截面形状和尺寸。

3003AL合金在挤压加工中的强度曲线会受到多种因素的影响，比如挤压温度、挤压速度、挤压比等。

通常情况下，挤压过程中的应变硬化效应会导致材料的强度随着应变的增加而增加，但在一定程度后可能会出现强度下降的情况。

为了得到3003AL合金在挤压过程中的强度曲线，需要进行一系列的实验研究。

首先需要准备3003AL合金的挤压试样，然后在实验设备上进行挤压试验，通过测量试样在不同应变下的抗拉强度和屈服强度，可以得到强度随应变变化的曲线。

同时，还可以观察材料在挤压过程中的微观组织和晶粒取向的变化，从而深入了解强度曲线背后的材料变化机理。

3003AL合金的挤压强度曲线对于制定合理的挤压工艺参数、优
化材料性能具有重要意义。

通过深入研究3003AL合金在挤压过程中的强度变化规律，可以为工程实践中的挤压加工提供科学依据，同时也有助于推动铝合金材料在挤压领域的应用和发展。

3003铝合金冲压变形前后微观组织及其r织构演变规律研究康永飞;白朴存;佟乃强;刘飞;魏安妮【摘要】本文应用电子背散射衍射(EBSD)技术,通过极图(PF)、反极图(IPF)和取向分布函数(ODF)图分析手段,研究和分析了420℃×4h等温退火工艺下3003铝合金冷轧板材冲压变形前后的微观组织和织构演变规律.结果表明:经过冲压实验,3003铝合金组织由均匀分布的大尺寸晶粒转变为小尺寸晶粒,再结晶晶粒比例由22.7％减少到了2.9％,变形晶粒比例由77.3％增大到97.1％.其织构主要类型有再结晶织构(立方织构、旋转立方织构、P织构)和变形织构(S织构、铜型织构、黄铜型织构).再结晶织构含量由33.31％减少到30.37％,变形织构含量由24.81％增加到48.7％.【期刊名称】《内蒙古工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(037)002【总页数】7页(P102-108)【关键词】3003铝合金;微观组织;织构;EBSD分析【作者】康永飞;白朴存;佟乃强;刘飞;魏安妮【作者单位】内蒙古工业大学材料科学与工程学院,呼和浩特 010051;内蒙古工业大学材料科学与工程学院,呼和浩特 010051;内蒙古工业大学材料科学与工程学院,呼和浩特 010051;内蒙古工业大学材料科学与工程学院,呼和浩特 010051;内蒙古工业大学材料科学与工程学院,呼和浩特 010051【正文语种】中文【中图分类】TG115.22+2.43003铝合金以Al和Mn为主要元素,属于热处理不可强化铝合金.由于其具有良好的机械加工性能、较高的比强度、较小的密度、良好的抗腐蚀性能、较好的深冲性能等优点,所以被广泛应用于制造厨具和食物化工产品的贮存装置、运输液体的槽和罐,以及需冲压成形、有较高抗蚀性和可焊性的产品等[1-3].合金板材在冲压时不仅要求板材有良好的表面质量和力学性能,同时也尽可能的要求冲压产品的表面有较小的各向异性,从而使得产品有优良的质量和成品率[4,5].合金板材的成型加工性能受板材塑性和各向异性的影响,而各向异性又进一步取决于板材中的各种的织构分布[6-8].因此通过研究合金板材的织构分布,进而降低合金在冲压时的各向异性已成为国内外学者研究的热点问题之一[8].板材内部织构的变化直接影响板材的成型性能和板材的表面质量.目前国内对3003铝合金板材进行冲压成型时,板材中织构的演变研究相对较少.本文通过研究3003铝合金冲压变形前后的微观组织及其织构演变规律,为以3003铝合金为材料生产的电池盒提高生产率提供理论依据.1 实验材料及方法实验所用的材料为200mm×45mm×1mm厚的3003铝合金冷轧板材,其化学成分如表1所示.将板材进行420℃×4h等温退火处理,冲压成尺寸为87mm×45mm×40mm的杯壳型样品,变形量为60.85%,选取样品侧面一定区域,用线切割机切取尺寸为10mm×10mm×1mm的试样.之后利用水磨砂纸、金相抛光机和电解抛光设备制作直径为3mm的EBSD试样.利用QUNTA 650型扫描电子显微镜的EBSD系统进行织构测量,并运用配套的HKL Channel 5软件对试样进行织构分析.表1 3003板材化学成分(质量分数,%)Tab.1Chemical composition of 3003 cold-rolled sheet (mass fraction,%)元素FeSiMnCuZnAl含量≤0.70≤0.601.00～1.500.05～0.20≤0.10剩余2 结果分析2.1 晶粒分析3003铝合金冷轧板材经过退火处理后发生了再结晶,再结晶晶粒[9]成均匀分布,如图1(a)所示.进行冲压实验,可以看到大部分再结晶晶粒被挤压破碎,有些再结晶晶粒只是沿着轧制方向被拉长,如图1(b)所示.对冲压前后的晶粒尺寸进行统计,如表2所示,发现变形前后晶粒平均尺寸由29.6μm减小到了21.5μm,晶粒尺寸变化明显.图1 冲压前后的微观组织图Fig.1Deep drawing before and after the microstructure表2 冲压前后晶粒尺寸比例(%)Tab.2Grain size ratio before and after stamping<10μm10～20μm20～30μm>30μm冲压前46231120冲压后46281412图2 冲压前后再结晶晶粒与变形晶粒分布图Fig.2Recrystallization grain and deformation grain distribution map before and after deep drawing图2所示为3003铝合金经过420℃退火后进行冲压变形实验,合金变形前后再结晶晶粒和变形晶粒的分布图.图中的浅色部分表示再结晶晶粒,深色表示变形晶粒.对图2中再结晶晶粒进行统计,发现合金中的再结晶晶粒所占比例为22.7%,之后经过冲压实验,再结晶晶粒比例大幅下降,所占比例为2.9 %,变形晶粒比例由77.3%增加到97.3%,增加明显.再结晶晶粒在形成的过程中,晶粒在某些方向上就会形成择优取向,从而出现再结晶织构.随着冲压实验的进行,再结晶晶粒减少,相对应的再结晶织构也减少.冷轧板材在冷轧时由于发生了塑性变形,晶粒在某些方向上也会形成择优取向和变形织构.退火时发生再结晶,变形晶粒减少,相应的变形织构含量也减少.进一步进行冲压实验,再结晶晶粒减少,变形晶粒相应的增加,变形织构含量进一步增加[9].2.2 织构定性分析图3是3003铝合金进行冲压实验前后的极图.从图3(a)中可以看出进行冲压实验前,3003铝合金试样中存在再结晶织构 (立方织构{001}<100>、少量的旋转立方织构{001}<110>、P织构{011}<566>) 以及变形织构 (S织构{123}<634>、较少的铜型织构{112}<111>[9] ).由极图中的极密度分布水平可知,立方织构极密度最强(为5.37),且沿着ND方向偏转了10°,S织构极密度次之,铜型织构极密度最弱.图3(b)中冲压变形后,试样中的织构类型仍然存在再结晶织构和变形织构,但是它们的极密度出现了不同程度的变化,其中再结晶织构的极密度有所降低,变形织构的极密度增加较大,且出现了新的变形织构(黄铜型织构{011}<211>).图3 合金冲压前后的极图Fig.3Alloy deep drawing before and after the pole figure总之,试样经420℃退火后发生再结晶,产生的再结晶织构较多,冲压实验前后对比发现再结晶织构极密度减少,变形织构极密度有较大的增加.2.3 织构定量分析图4是3003铝合金经过420℃等温退火后进行冲压变形实验,合金冲压前后的织构含量变化图,不同颜色代表不同的织构类型.从图中可以看出,织构的类型主要有立方织构(Cube,{001}<100>)、旋转立方织构(Cube ND,{001}<310>)和P织构({011}<566>)三种再结晶织构,铜型织构(Copper,{112}<111>)、黄铜型织构(Brass,{011}<211>)和S({123}<634>)型三种变形织构[10].由图4(a)和(b)比较,冲压前后立方织构和P织构等再结晶织构的含量有所减少,S织构和黄铜型织构等变形织构的含量有所增加,铜型织构的含量有所下降,但变化较小.某些尺寸较大的晶粒,其织构没有变化,那些变形后的破碎晶粒织构转变成了变形织构.图4与图2对照发现,再结晶区域基本都是再结晶织构,变形区域的织构大都是变形织构,表明微观组织与织构具有很大的相关性[11].图4 铝合金冲压前后织构分布图Fig.4Aluminum alloy deep drawing before and after the texture distribution ma p织构的含量统计如表3所示.发现冲压前后再结晶织构的含量(Cube、Cube ND和P织构总和)由33.31%减少到30.37%,立方织构(Cube)的含量没有明显的变化,但是旋转立方织构(Cube ND)与P织构的含量明显降低,分别由9.31%减少到7.52%,10.8%减少到9.15%.冲压前后变形织构的含量(Brass、Copper和S织构总和)由24.81%增加到了48.7%,增长了两倍左右.其中黄铜型织构(Copper)和S织构的含量成倍的增加,分别由8.18%增加到19.8%,5.23%增加到15.9%.表3 合金冲压前后织构含量(体积分数)Tab.3Texture before and after deep drawing content (volume fraction)再结晶织构变形织构CubeCubeNDPBrassCopperS前13.7%9.31%10.8%13%8.18%5.23%后13.2%7.52%9.15%11.4%19.8%15.9%通过以上分析可以得出,试样中的再结晶织构主要是立方织构、P织构和旋转立方织构,变形织构主要有S织构、铜型织构和黄铜型织构,且经过冲压变形后再结晶织构含量降低,变形织构的含量增加.表4 合金冲压前后织构及其取向密度水平(f(g))Tab.4Texture and orientation density level of alloy before and after deep drawin g(f(g))再结晶织构变形织构CubeCubeNDPBrassCopperS前9.254.212.890.851.852.11后10.000.842.602.594.224.44图5和图6是3003铝合金冲压前后的恒φ2的ODF图截面图,在ODF图中金属的取向一般集中分布,且取向线越密集(图中颜色越深)其密度越大[12].对图5和图6中的织构类型及其密度级别(f(g))进行统计,如表4所示,发现ODF图中反映的合金主要织构类型有再结晶织构有立方织构(0°,0°,0°)、旋转立方织构(22.5°,0°,0°)和P 织构(59°,45°,0°);变形织构有S织构(59°,37°,63°)、铜型织构(90°,35°,45°)和黄铜型织构(90°,35°,45°),符合定性分析结果.其中,再结晶织构取向密度级别(Cube、Cube ND和P织构总和)由16.35减少到13.44,变化明显; 变形织构取向密度级别(Brass、Copper和S织构总和)由4.81增加到11.25,成倍增加.图中显示立方织构的分布较为分散,取向强度相对不大,并且有些立方织构的取向偏离了理想位置,偏向旋转立方织构[13].图5 冲压前恒φ2的ODF图截面图Fig.5Before deep drawing constant φ2 ODF cross-sectional diagram3 结论(1)420℃×4h等温退火后的3003铝合金冷轧板材经冲压实验,再结晶晶粒比例由22.7%减少到2.9%,变形晶粒比例由77.3%增加到97.3%.(2)420℃×4h等温退火后的3003铝合金冷轧板材中织构类型主要有再结晶织构(立方织构、旋转立方织构、P织构)和变形织构(S织构、铜型织构、黄铜型织构).冲压实验后,再结晶织构含量由33.31%减少到30.37%,变形织构含量由24.81%增加到48.7%.图6 冲压后恒φ2的ODF图截面图Fig.6After deep drawing constant φ2 ODF cross-sectional diagram参考文献:【相关文献】[1] 李念奎.铝合金材料及其热处理技术[M].北京:冶金工业出版社,2012:1～516.[2] 张永皞,张志清,林林.3xxx系罐身铝合金第二相及其对加工过程的影响研究进展[J].材料导报,2012,26(13):101～108.[3] 杨中玉,张津,郭学博,计鹏飞.铝合金的织构及测试分析研究进展[J].精密成形工程,2013(06):1～6.[4] 张克龙,张继祥,刘运腾,钟厉.6016铝合金冷轧显微组织和织构的演变[J].稀有金属材料与工程,2017,46(06):1559～1565.[5] 黄元春,颜徐宇,肖政兵,杜志勇,黄雨田,邱涛.AA6061铝合金冷轧过程中织构的演变与断裂机制[J].粉末冶金材料科学与工程,2015,20(06):822～828.[6] 汪波,易丹青,陈宇强,王斌,李泽英.2E12铝合金在冷轧和退火过程中织构和显微组织的演变[J].中国有色金属学报,2013,23(11):3064～3074.[7] 李万印,陈亮维,杨钢,虞澜,史庆南,易健宏.1235铝合金铸轧坯料在加工过程中的织构演变[J].轻金属,2016(09):48～52.[8] 陈慧琴,柏金鑫,路瑞龙,林金保.新型超高强铝合金热变形及退火微观组织与织构[J].中国有色金属学报,2014,24(09):2243～2249.[9] 肖守均.加工工艺对铸轧3003铝合金再结晶组织与织构影响的研究[D].重庆:重庆大学,2016.[10]Zhang J X,Zhang K L,Liu Y T,et al.Microstructure and texture evolution of 6016 aluminum a lloy during hot compressing deformation[J].Rare Metals,2014,33(4):404～413.[11]Huang Y C,Liu Y,Li Q,et al.Relevance between microstructure and texture during cold rolling of AA3104 aluminum alloy[J].Journal of Alloys and Compounds,2016,673:383～389.[12] 杨平.电子背散射衍射技术及其应用[M].北京:冶金工业出版社,2007.[13] 谢锦岳.6016铝合金板材的织构和微观组织研究[D].重庆:重庆大学,2015.。

工学硕士学位论文3003铝合金微圆筒拉深成形研究 MICRO DRAWING OF 3003 ALUMINUM ALLOY CUP马冬莉哈尔滨工业大学2006年6月国内图书分类号： TG 306国际图书分类号: 621.7.01工学硕士学位论文3003铝合金微圆筒拉深成形研究硕士研究生：马冬莉导师：郭 斌 教授申 请 学 位：工学硕士学科、专业：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2006年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index：TG 306U.D.C.: 621.7.01Dissertation for the Master Degree in EngineeringMICRO DRAWING OF 3003 ALUMINUMALLOY CUPCandidate：Ma DongliSupervisor：Prof. Guo BinAcademic Degree Applied for：Master of EngineeringSpecialty：Material Processing Engineering Affiliation: Department of Material Scienceand EngineeringDate of Defence：June, 2006Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着微机电系统的高速发展，对微型零件的需求越来越迫切。

微塑性成形技术作为微加工的一种，在微型零件的精确、高效和批量成形中发挥着非常重要的作用。

本文通过单向拉伸试验研究了3003铝合金箔板微小试样机械性能的尺寸效应，并且通过模拟和实验相结合方法研究了3003铝合金箔板微圆筒拉深成形工艺，得到了最小直径为1mm的成形质量良好的微圆筒拉深件。

金属热处理学报第1 8卷第4 期Vol . 1 8 No . 4 1 9 9 7 年 1 2 月TRANSAC T IONS O F M E T AL HEA T TR E A TM EN T December 1 9 9 7铝合金激光冲击强化技术的研究唐亚新张永康张宏余承业(南京航空航天大学)吴鸿兴郭大浩(中国科学技术大学)摘要对激光冲击诱导的应力波峰值压力进行了理论估算,提出了激光参数的选择原则。

对铝合金2024 T62 进行的激光冲击试验的结果表明,经冲击试件的疲劳寿命获得了很大程度的提高。

最后对激光冲击强化的机理进行了初步分析。

关键词激光冲击铝合金疲劳寿命激光冲击强化(L a ser shock p r ocessing ,L SP) 是利用高功率密度、短脉冲强激光照射金属材料表面,使材料表面局部气化,形成向材料内部传递的强冲击波,在冲击波的作用下,材料的力学性能得到明显改善 1 ,其原理如图1 所示。

与传统的激光表面处理技术比较,激光冲击处理时间极短,基本上没有向材料内部的热量传递,因此不存在软化区,同时该方法操作简单,具有一定的技术优势。

1 激光诱导的冲击波峰压的理论估算与参数优化1 .1 冲击波峰压的理论估算激光冲击由激光能量支持的冲击波模型如图2 所示。

为便于分析计算,作如下假设:(1) 在光斑面积内,激光能量均匀分布; (2) 金属材料均质、连续、各向同性; (3) 金属蒸汽在爆炸前后均为单原子理想气体; ( 4) 由于冲击时间极短,整个反应过程认为是一个绝热过程,产生的爆轰波是一维平面波。

根据爆轰波理论 2p 为 3 :p =本文收到日期:1996 年8 月31 日初稿,1997 年10 月18 日修改稿本文联系人:唐亚新,男,1967 年11 月生,讲师,江苏省南京市( 210016) 南京航空航天大学502 教研室23第4 期 唐亚新等 :铝合金激光冲击强化技术的研究图 1 激光冲击强化原理Fig. 1 Principle of laser shock p r ocessin g图 2 激光冲击波模型Fig. 2 Mo del of laser shock wave表 1 激光冲击参数及峰压估算T a b le 1 Laser shock paremeters & calcula tion of w av e pressure能量/ J 脉宽/ ns光斑直径/ mm功率密度/ ( G W ·cm - 2)峰压估算/ G Pa2818 1911 1611 2416 3719 3414 3614 1413 1018 818 111350 50 50 50 50 50 50 50 50 50 5010 10 9 9 9 9 9 10 10 10 10 0173 0149 0151 0177 1119 1108 1114 1140 1105 0183 11101125 0196 0198 1129 1173 1162 1168 1192 1159 1139 1164101850 10 1105 11591 .2 参数优化激光冲击要达到强化效果 ,须使金属材料产生一定的塑性变形 ,因此要求激光诱导的冲击波峰压大于金属材料的动态屈服强度 ,即 p ≥σD。

铝合金激光冲击强化表面改性的研究进展柳军宁*1,2裴峻峰1,2(1.常州大学;2.江苏省油气井口装备工程技术研究中心)摘要介绍了激光冲击强化的作用机理,综述了激光冲击强化对铝合金材料残余应力、疲劳寿命、表面形态和微观结构等机械性能的影响和有限元分析方法在研究中的应用,总结了国内外在该领域的最新研究迸展。

关键词激光冲击强化铝合金机械性能中图分类号TQ05014+1文献标识码A文章编号0254-6094(2011)02-0141-05铝合金比重小,但却有着接近或超过优质钢的强度,具有热膨胀系数低、易于成形、热导率高、成本低廉等优点,广泛应用于航空、航天、汽车、包装、建筑、电子等各个领域。

但是,铝合金也存在诸多问题,如在氯离子及碱性介质存在的情况下,极易发生点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等多种形式的破坏,硬度较低、摩擦系数高、磨损大,容易拉伤且难以润滑导致铝合金耐磨性差。

这些在很大程度上都限制了铝合金的使用范围[1,2]。

国内外对铝及其合金表面进行改质处理的研究很多,这些方法都可改变铝及其合金表面的应力分布、摩擦系数、微观硬度等,以期拓宽其应用范围。

激光冲击波技术利用其极高的冲击压力,对材料作冲击改性处理,在金属的冲击强化处理和材料的冲击精密成型等领域已获得广泛的应用[3]。

笔者主要介绍激光冲击强化(LSP)在铝及其合金表面改性方面的应用和研究进展。

1激光冲击强化的机理激光冲击强化(简称LSP)技术,是利用高功率密度(大于1GW/c m2)的短脉冲(ns级)激光,辐照金属材料表面所产生的高密度等离子体喷射爆炸所形成的冲击应力波(GPa级)来改善材料的抗疲劳、磨损和应力腐蚀等性能的一项新技术[4~8]。

激光冲击一般采用钕玻璃、红宝石及YAG高功率激光装置[9](图1),激光功率密度一般大于1G W/c m2,有时可达10T W/c m2。

如此强度的激光与材料相互作用会出现激光等离子体现象,这是一种物理现象。

铝合金挤压成形技术及表面处理阳极氧化与喷涂焊接新工艺和挤压设备模具设计1. 引言1.1 概述铝合金挤压成形技术是一种常用于制造复杂截面形状的工艺，具有高效率、高精度和低能耗等优点。

随着现代工业的发展，对于铝合金制品需求的增加，挤压成形技术得到了广泛应用并不断发展。

此外，为了改善铝合金制品的表面性能和保护其表面免受腐蚀等损伤，表面处理技术显得尤为重要。

其中，阳极氧化技术作为一种有效的表面处理方法，在提升铝合金产品硬度、耐磨性和耐腐蚀性方面具有显著效果。

而喷涂焊接则可以在保护铝合金表面的同时提供额外的附加功能。

此文旨在全面探讨铝合金挤压成形技术及其相关的表面处理——阳极氧化与喷涂焊接新工艺，并介绍现有模具设计理论与方法。

1.2 文章结构本文将按照以下结构进行阐述：第2部分将介绍铝合金挤压成形技术的原理、设备以及工艺流程与参数控制。

第3部分将详细阐述阳极氧化技术，包括其过程、机理研究以及工艺优化和改进，同时介绍表面度量方法和性能评估指标。

第4部分将重点讨论喷涂焊接新工艺的原理、应用领域、特点以及材料选择和性能研究。

第5部分将着重介绍挤压设备模具的设计原则和要求，模具结构优化方法，并探讨热模具设计与仿真分析的相关内容。

最后，本文将在第6部分给出总结和结论。

1.3 目的本文的目标是全面探讨铝合金挤压成形技术及其相关表面处理技术，为读者提供深入了解该领域的知识。

通过对挤压设备模具设计的介绍，读者可以加深对模具设计原则和优化方法的了解。

文章旨在促进铝合金挤压成形技术和相关表面处理技术在实际应用中的推广与发展，并为进一步研究此领域提供参考。

2. 铝合金挤压成形技术：2.1 原理介绍：铝合金挤压是一种常用的金属塑性加工技术，通过将铝合金坯料放入挤压机上的容器中，施加高压力将坯料挤出模具成形。

在挤压过程中，坯料会经历变形和流动，最终得到具有一定截面形状的长条状产品。

2.2 挤压设备概述：铝合金挤压设备通常由主缸、辅助装置和控制系统组成。

大型发电机组冷却系统用3003铝合金型材挤压工艺研究作者：史玮来源：《中国科技纵横》2017年第08期摘要：研究了大型发电机组冷却系统用3003铝合金型材在挤压过程中铸锭温度、挤压速度及拉伸率对型材尺寸、表面质量及性能的影响。

结果表明，铸锭加热温度在465℃～475℃时型材表面质量和性能满足技术要求。

挤压速度控制在2.0mm/s～2.6mm/s时型材尺寸合格，表面质量良好。

调直拉伸率控制在2%型材无扭拧弯曲现象并且尺寸、表面质量及性能均满足技术要求。

关键词：3003铝合金；挤压工艺；型材尺寸；表面质量；性能中图分类号：TG376 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）08-0058-02Abstract：The effect of cast ingot temperature、extrusion speed and tensile rate of the extrusion process on the profile size、the profile surface quality and the mechanical properties of 3003 aluminum alloy profile for the cooling system of large generators have been studied. The results show that the profile surface quality and the mechanical properties can be guaranteed by the temperature of cast ingot is between 465℃ and 475℃. When the extrusion speed is controlled at 2.0mm/s～2.6mm/s that the sizes of the profile is qualified and the surface quality is good. When the tensile rate is controlled at 2% that the profile without twisting and bending， meanwhile， the profile size、the profile surface quality and the mechanical properties can be can be meet technical requirements.Key words：3003 aluminum alloy； extrusion process； profile sizes； surface quality；mechanical properties近几十年来，国内外发展了许多用于气体、液体的紧凑式传热表面，有效的减少了换热器的几何尺寸，作为高表面面积密度的板翘式换热器就是其中之一。

《3003铝合金搅拌摩擦焊组织与性能研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，铝合金因其轻质、高强、耐腐蚀等特性在航空、汽车、船舶等领域得到了广泛应用。

其中，3003铝合金因其良好的加工性能和中等强度成为了研究的热点。

搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，FSW）作为一种固相连接技术，因其独特的焊接原理和优良的焊接质量，在铝合金的连接中得到了广泛的应用。

本文以3003铝合金为研究对象，对其搅拌摩擦焊的组织与性能进行深入研究。

二、研究内容与方法1. 材料与样品制备实验选用3003铝合金作为研究对象，将其切割成适当大小的板材，并进行表面处理，以消除表面杂质和氧化物，保证焊接质量。

2. 搅拌摩擦焊工艺采用搅拌摩擦焊设备进行焊接，通过调整焊接速度、搅拌头转速、焊接压力等参数，探究不同工艺参数对焊接接头组织和性能的影响。

3. 组织观察与分析利用金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对焊接接头的微观组织进行观察和分析，包括焊缝区、热影响区和母材区的组织结构、晶粒形态、第二相等。

4. 性能测试对焊接接头进行拉伸、硬度、冲击等性能测试，评估其力学性能。

同时，对焊接接头的耐腐蚀性能进行测试，以评估其在不同环境中的使用性能。

三、实验结果与分析1. 焊接接头组织分析通过金相显微镜、SEM和TEM观察发现，搅拌摩擦焊过程中，焊缝区经历了动态再结晶过程，晶粒得到细化。

焊缝区的组织结构与母材区存在明显差异，热影响区的组织也发生了变化。

此外，焊缝区存在第二相颗粒的析出和分布。

2. 力学性能分析拉伸测试表明，3003铝合金搅拌摩擦焊接头的抗拉强度与母材相近，甚至在某些情况下超过母材。

硬度测试显示，焊缝区的硬度略低于母材区，但整体上仍保持较高水平。

冲击测试表明，焊接接头具有良好的冲击韧性。

3. 耐腐蚀性能分析耐腐蚀性能测试表明，3003铝合金搅拌摩擦焊接头在不同环境中的耐腐蚀性能与母材相近，表现出良好的耐腐蚀性。

《3003铝合金搅拌摩擦焊组织与性能研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，铝合金因其良好的塑形、强度以及抗腐蚀性能在许多领域得到了广泛应用。

其中，3003铝合金以其独特的物理和机械性能，在汽车制造、航空航天、船舶制造等领域中占有重要地位。

然而，由于3003铝合金的加工难度较高，焊接过程中易出现热影响区问题，因此研究其搅拌摩擦焊的组织与性能变得尤为重要。

本文将深入探讨3003铝合金搅拌摩擦焊的组织结构及其对性能的影响。

二、搅拌摩擦焊原理及实验方法搅拌摩擦焊是一种利用摩擦热和机械压力实现金属材料焊接的技术。

在3003铝合金的搅拌摩擦焊过程中，焊头通过旋转和移动产生的摩擦热将材料加热至塑性状态，随后通过压力将材料连接在一起。

本文采用实验方法，通过改变焊接速度、旋转速度等参数，研究不同工艺条件下的焊接组织与性能。

三、组织结构分析1. 焊接区组织结构通过扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）观察焊接区组织结构，发现焊缝处出现了明显的热影响区，该区域分为热机械影响区和热影响区。

热机械影响区主要呈现出细小的晶粒结构，而热影响区则因温度过高而出现晶粒粗大、相变等现象。

此外，焊接区还观察到一定的金属流动和变形现象。

2. 微观组织结构变化在搅拌摩擦焊过程中，由于摩擦热的产生和机械力的作用，使得焊接区微观组织结构发生了显著变化。

焊缝处的晶粒在高温下发生动态再结晶，形成细小的等轴晶粒。

同时，由于金属的流动和变形，焊缝处还可能形成一些非平衡相。

这些组织结构的变化对焊接接头的性能产生重要影响。

四、性能研究1. 力学性能通过拉伸试验和硬度测试等手段，发现搅拌摩擦焊接的3003铝合金接头具有较高的力学性能。

接头的抗拉强度、屈服强度和延伸率均达到或接近母材水平。

这主要得益于焊接过程中产生的细小晶粒和均匀的微观组织结构。

2. 耐腐蚀性能由于3003铝合金具有良好的耐腐蚀性能，因此研究其搅拌摩擦焊接接头的耐腐蚀性能也具有重要意义。

激光冲击强化铝合金力学性能及微观塑性变形机理研究激光冲击强化具有高压(GPa-TPa)、超快(几十纳秒)、超高应变率(107-108S-1,比爆炸成形高出100倍)的显著特点,广泛应用在金属构件的表面改性上,然而目前对于金属材料表层激光冲击细化晶粒的微观结构演变、性能结构关系尚缺乏系统的研究,尤其是对超高应变率下严重塑性变形导致的晶粒细化机制和微观强化机理,现在仍然缺乏统一的认识和深入的理解。

本文针对激光冲击铝合金的宏观性能、微观结构演变以及塑性变形进行了若干基础研究,为激光冲击波技术的工业应用提供依据。

本文主要开展以下四个方面内容的研究：不同工艺参数下铝合金试样的表面完整性和疲劳寿命研究、不同应变速率下的拉伸性能,在铝合金微观结构演变的基础上研究多次激光冲击铝合金晶粒细化机制和微观强化机理、激光冲击铝合金表面凹坑深度推导和理论计算,获得了以下主要结论和创新性成果：(1)系统研究了激光单次和多次冲击诱导铝合金塑性变形层不同区域的微观组织结构,建立了深度方向残余应力和微观结构的对应关系,首次深入系统地揭示了激光冲击铝合金晶粒细化机制和微观强化机理；在激光冲击塑性变形区域发现了激光冲击铝合金的空位簇缺陷并对形成机制进行初步的研究：激光冲击明显细化铝合金冲击区域表层的晶粒。

激光单次冲击LY2铝合金晶粒细化过程中,深度方向的位错结构从随机分布位错→位错线→位错缠结→亚晶进行逐步演变,最终形成细化的晶粒；多次激光冲击的铝合金的上表面,晶粒尺寸约为100-200 nm。

在观测试验结果的基础上,系统地提出了多次激光冲击强化铝合金的微观机制：(ⅰ)原始粗晶内位错线的形成；(ⅱ)位错线的堆积导致位错墙和位错缠结的形成；(ⅲ)位错墙和位错缠结细分粗晶成亚晶粒；(ⅳ)在外来载荷的作用下亚晶粒动态再结晶演变成大角晶界,新晶粒形成；深入研究了超高应变率冷塑性作用下,激光冲击外加载荷使铝合金高应变率绝热剪切带发生再结晶,从而形成亚晶直至产生细化的亚微米晶粒,超高应变和应变率对于粗晶的细化和最小平均晶粒尺寸的大小具有至关重要的作用；在多次激光冲击LY2铝合金的轻微塑性变形层中同时发现了空位型位错圈、堆垛层错四面体以及空洞缺陷,超高应变率激光冲击过程中产生超高内应力导致空位缺陷的凝聚形成了这些空位簇缺陷。

激光冲击强化铝合金力学性能及微观塑性变形机理研究的开题报告一、研究背景与意义铝合金作为一种重要的结构材料，在航空、汽车、船舶、建筑等领域中得到广泛应用。

然而，铝合金在使用过程中，由于长期的受力、疲劳、高温环境等因素的影响，往往会出现塑性变形和疲劳裂纹等问题，导致材料的性能和寿命下降。

为了解决这些问题，实现铝合金的强化和提高其力学性能，激光冲击强化技术被广泛研究和应用。

该技术通过激光振荡冲击激发材料表面的应力场，使得表层材料的硬度和强度得到提升，从而提高铝合金的抗疲劳性能和机械性能。

然而，目前对激光冲击强化铝合金力学性能的研究还比较少，尤其是对其微观塑性变形机理的研究尚处于起步阶段。

因此，本研究旨在通过对铝合金的激光冲击强化实验及数值模拟，探究激光冲击强化对铝合金力学性能的影响及其微观塑性变形机理，为铝合金的强化与应用提供理论依据。

二、研究内容和方法1. 研究内容本研究将以铝合金为研究对象，通过激光冲击强化实验及理论分析，探究激光冲击强化对铝合金力学性能的影响及其微观塑性变形机理。

具体包括以下研究内容：（1）激光冲击强化过程中铝合金表面的硬度和强度变化规律；（2）不同激光强度、冲击次数及间距对铝合金力学性能的影响；（3）激光冲击强化对铝合金微观组织和结构的影响及其变形机理。

2. 研究方法本研究的研究方法主要包括以下方面：（1）激光冲击强化实验：选取适当的激光参数和实验条件，对铝合金进行激光冲击强化实验，得到材料的硬度、强度及其变化规律。

（2）力学测试：采用万能试验机等设备对铝合金进行拉伸试验、冲击试验等力学性能测试。

（3）显微组织观察：通过金相显微镜和扫描电镜等设备观察铝合金表面和内部组织的结构变化和形态特征。

（4）数值模拟：基于ABAQUS等软件，进行数值模拟，模拟激光冲击强化的过程及其中的变形机理。

三、研究预期成果本研究的预期成果包括：（1）探究激光冲击强化对铝合金力学性能的影响及其微观塑性变形机理的规律和特征；（2）揭示激光冲击强化过程中铝合金表面硬度、强度变化规律和材料性能的提高机制；（3）为铝合金的强化和应用提供理论基础和技术支持。

铝合金板激光冲击变形实验及有限元模拟
王广龙;周建忠
【期刊名称】《激光技术》
【年(卷),期】2007(31)5
【摘要】为了研究金属板料在脉冲激光辐照下的响应、激光冲击下板料的变形特性、激光脉冲能量对金属板料变形量的影响以及脉冲激光光斑内冲击波压力的分布情况,采用高功率钕玻璃激光系统对LD31板进行了单次冲击变形实验,同时利用有限元软件ABAQUS对板料变形过程进行了模拟.结果表明,激光冲击条件下板料变形时呈现粘塑性性质;激光脉冲能量是影响板料变形量的主要因素,且板料变形大小随脉冲能量的增加呈非线性增大;激光冲击时激光光斑作用区域内冲击波压力并不是均匀分布,而是沿径向减小.
【总页数】3页(P555-557)
【作者】王广龙;周建忠
【作者单位】江苏科技大学,先进焊接技术省级重点实验室,镇江,212003;江苏大学,机械工程学院,镇江,212013
【正文语种】中文
【中图分类】TG665
【相关文献】
1.金属板料的激光冲击变形分析及其实验研究 [J], 杨超君;张永康;周建忠;张雷洪;孔德军;冯爱新
2.激光冲击金属板料变形的最小激光能量估算及其实验研究 [J], 杨超君;周建忠;张永康;张昉
3.钛合金板料激光冲击变形的数值模拟和实验 [J], 张永康;高立
4.钛合金板料激光冲击变形理论分析和实验研究 [J], 高立
5.激光冲击悬臂薄板变形的理论分析和实验研究 [J], 陆亚运;孙桂芳;张永康
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激光冲击铝合金微结构演化及力学行为的分子动力学模拟朱熠奇;殷艳;周留成;易敏【期刊名称】《表面技术》【年(卷),期】2022(51)11【摘要】目的揭示激光冲击铝合金的微结构演化过程及塑性变形机制,探究残余应力产生的机理,为激光冲击提升铝合金力学性能提供理论参考。

方法基于分子动力学模拟,采用活塞冲击法实现多晶铝合金(Al-Mg-Zn-Cu)在不同加载速度下的冲击强化。

利用共邻分析法和位错提取法,研究铝合金的微结构演化过程、位错分布以及激光冲击影响铝合金力学性能的内在机理。

结果在冲击波加载阶段,当高速冲击波作用时,铝合金出现大量滑移系,产生高密度位错。

在保载阶段,位错集中在晶界附近,导致多晶铝合金发生晶界塑性变形。

在卸载阶段,不同类型位错之间进行了相互转化。

铝合金两端晶粒和晶界的塑性变形,导致了残余压应力的产生。

对完全卸载后的铝合金进行单轴拉伸模拟,发现0.7 km/s和1.0 km/s的冲击速度下,残余压应力抵消了部分拉伸应力,变形晶界附近产生新的位错,且晶界发生迁移和合并,导致极限应力分别提升15%和22%。

结论激光冲击对Al-Mg-Zn-Cu铝合金的微结构及力学性能影响显著,在高速冲击波作用下,铝合金两端发生剧烈的塑性变形,导致残余压应力的产生。

单轴拉伸时,残余压应力抵消了部分拉伸应力,且铝合金晶粒内发生原子变形产生新的位错,同时晶界发生运动,最终使得极限应力增大,铝合金的力学性能得到提升。

【总页数】11页(P1-9)【作者】朱熠奇;殷艳;周留成;易敏【作者单位】南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室;南京航空航天大学航空学院;空军工程大学等离子体动力学重点实验室【正文语种】中文【中图分类】V261.8【相关文献】1.金属镍剧烈塑性变形过程中微结构演化的分子动力学模拟2.金属镍剧烈塑性变形过程中微结构演化的分子动力学模拟3.核糖核酸酶Sa表面水和尿素分子的分布和动力学行为的分子动力学模拟4.非均匀形核对辐照诱导钨内微结构演化行为影响的团簇动力学模拟5.激光冲击喷丸与激光辐照LY12铝合金材料拉伸力学行为的实验研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

激光冲击波作用下3003H16铝合金板料层裂的研究黄利伟;龙昆;黄宇;郭海平;丰琅;周俊;马睿佳【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2013(037)002【摘要】为了得到工艺参量对层裂的影响,运用有限元模拟的方法,采用最大拉应力瞬时断裂准则来判断板料是否发生层裂,并对各参量对层裂的影响进行了分析；进行了激光冲击成形试验,用电子扫描显微镜对冲击后的试样进行观察,并运用应力波传播分析了层裂的产生、发展、形成.结果表明,层裂易发生在激光冲击区域内,其次是在光斑边缘处,而在冲击区域外不可能发生层裂；脉冲宽度、峰值压力和板料厚度对层裂发生的位置影响较大,而光斑直径对层裂发生的位置几乎没有影响.这对激光冲击成形的发展具有指导意义.%In order to understand the influence of the technological parameters on spalling, it was analyzed by means of the finite element simulation. The maximum tensile stress instantaneous fracture criterion was used to check spalling happened or not. Then, the experiment of laser shock forming was carried out. The shocked samples were surveyed with a scanning electron microscope. The emerging, developing and forming of the spalling were analyzed. The results show that the spalling is susceptible to the shock region, and then the spot edge. Spalling will never happen outside the shock region. The influence of pulse width, peak pressure and sheet thickness affect the position of spalling significantly. However, the spot diameter affects it little. These have guiding significance to the development of the laser shock forming.【总页数】4页(P270-273)【作者】黄利伟;龙昆;黄宇;郭海平;丰琅;周俊;马睿佳【作者单位】江苏大学机械工程学院,镇江212013【正文语种】中文【中图分类】TG665【相关文献】1.铝合金实船在水下爆炸冲击波作用下的动态响应 [J], 宗智;赵延杰;许斐;李海涛;陈岗;梁辉2.铝合金舰艇在水下冲击波作用下动态响应的数值研究 [J], 许斐;周力;宗智3.基于激光冲击波技术的铝合金圆杆件强化研究 [J], 李明明4.激光冲击波在铝合金薄板中传播特性研究 [J], 姜银方;黄勤;黄宇;金华5.激光诱导冲击波作用下NiTi形状记忆合金的相变行为研究 [J], 夏伟光;王曦;吴先前;魏延鹏;黄晨光;路玲玲;杨喆;殷秋运因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

3003Al-H14薄壁微小通道扁管波形冲压成形尺寸对截面变形的作用规律程传峰;金明;王项如;朱英霞;程一峰;盘朝奉;王园【期刊名称】《中国材料进展》【年(卷),期】2024(43)3【摘要】薄壁微小通道波形扁管是建设新能源汽车锂电池组恒温系统的绝佳材料,成形尺寸是影响其冲压成形截面变形的关键因素。

建立了实验验证的3003Al-H14微小通道薄壁扁管的波形冲压-回弹有限元模型。

基于所建模型,研究了截面高度、管坯壁厚、内外面相对弯曲半径缩放系数等成形尺寸,对截面变形率和平均截面变形率的作用规律。

研究发现:①横截面上边缘孔的截面变形率通常较大,其余孔的截面变形率相对较小且大小一致;纵截面上孔的截面变形率呈现波峰波谷高、中间段低的分布特点。

②扁管的截面变形率随着截面高度增大而增大,当截面高度超过4 mm时,扁管内的筋显著弯折,横截面塌陷严重。

③扁管的平均截面变形率随着壁厚增大呈指数函数下降;当壁厚等于0.1 mm时,所有截面都畸变严重,而当壁厚超过0.3 mm时,最大截面畸变率下降至24.71%。

④内外面相对弯曲半径的缩放系数越大,则内外面的实际弯曲程度越小,平均截面变形率也越小。

研究成果对薄壁微小通道波形扁管的精确成形具有科学意义和工程价值。

【总页数】8页(P265-272)【作者】程传峰;金明;王项如;朱英霞;程一峰;盘朝奉;王园【作者单位】安徽新富新能源科技股份有限公司;安徽环新集团股份有限公司;江苏大学机械工程学院;江苏大学汽车工程研究院【正文语种】中文【中图分类】TG386【相关文献】1.高温合金复杂截面薄壁圆环多道次滚压成形截面变形特征2.薄壁管件校直工艺中壁厚对截面扁化变形的影响3.基于微小通道波形扁管的圆柱电池液冷模组散热特性4.3003-H14铝合金微通道扁管波形冲压的摩擦边界条件优化5.微小通道薄壁扁管筋结构对波形冲压截面畸变的作用因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。