1 华中科技大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 430074
2 广东省智能机器人研究院，广东 东莞 523830
3 上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室，上海 200240
7系铝合金以其优异的强度被广泛应用于航空航天、轨道交通等领域，但其在焊接时易产生缺陷且焊接接头力学性能下降严重。笔者通过添加Ti金属中间层，采用激光光束摆动焊接技术制备了7075铝合金接头，并对接头的显微组织和力学性能进行了系统研究。焊缝区域主要为α-Al相。Ti金属中间层在焊缝中反应生成了TiAl3相，细小且弥散的TiAl3相成为Al晶粒异质形核的基底，促进了晶粒细化。添加Ti中间层后，焊缝区域的组织为细小的等轴晶。添加的Ti中间层的厚度为0.03 mm时，焊缝等轴晶区晶粒的平均等效圆直径为3.34 μm，晶粒面积加权平均值为母材晶粒的1.7%，接头的平均抗拉强度最大，为（377.8±6.1）MPa，达到了母材强度的69%。添加0.02 mm厚Ti中间层时，接头断裂位置在熔合区和热影响区晶粒的晶界处；添加0.03 mm厚Ti中间层时，断裂位置在焊缝两侧的细等轴晶区；添加0.04 mm厚Ti中间层时，断裂位置在焊缝中部的Ti元素聚集区。
激光技术 激光摆动焊接 7075铝合金 TiAl3 显微组织 力学性能 中国激光
2023, 50(24): 2402102
1 南京航空航天大学 航天学院，南京 210016
2 南京航空航天大学 空间光电探测与感知工业和信息化部重点实验室，南京 210016
7075铝合金因其优异的各项性能，作为结构部件，广泛应用于航天领域中。航天器空间环境中存在各种辐射粒子，这些粒子会对航天器材料产生不同程度的辐照损伤，对其可靠性构成了巨大的威胁，甚至会导致航天任务失败。通过选取不同剂量下3 MeV的Fe11+离子辐照7075铝合金，采用XRD、AFM和纳米压痕等测试手段对7075铝合金的辐照损伤进行了研究，分析了辐照前后7075铝合金的微观组织、表面形貌和硬度的变化。结果显示，离子辐照后的7075铝合金未形成新的相，且结构保持完整，表明其具有一定的抗辐照性能。同时，观察表面发现了由级联碰撞演化及表面缺陷扩散导致的山峰状突起，且样品表面粗糙度和突起的分布密度随剂量增加呈先增加后减小的趋势。另外，纳米压痕测试表明，辐照后样品硬度增加，且随剂量增加，硬度逐渐趋于饱和，经分析可知，样品产生辐照硬化是由于辐照缺陷阻碍了位错的滑移导致。
7075铝合金 离子辐照 表面粗糙度 辐照硬化 缺陷 7075 aluminum alloy ion irradiation surface roughness irradiation hardening defect 强激光与粒子束
2023, 35(10): 104003
为了研究7075铝合金在激光与外载荷联合加载下的失效行为, 采用最大拉力50 kN的拉伸伺服试验机与工作波长为1070 nm的6 kW连续光纤激光系统对7075铝合金进行了不同预载荷与不同激光功率密度下的联合加载实验, 获得了该材料的拉应力-时间曲线、温度-时间曲线、失效时间-功率密度曲线、失效温度-功率密度曲线等, 分析了功率密度与预载荷对失效过程、失效温度和断裂形貌的影响。结果表明, 在相同的预载荷下, 激光功率密度的增大会导致失效时间非线性下降, 失效温度是否有较大变化取决于预载荷的大小, 当预载荷大(330 MPa, 440 MPa)时, 失效温度随功率密度增加略有升高, 预载荷较小(110 MPa,220 MPa)时, 失效温度变化规律不单调; 在相同的激光功率密度下, 预载荷增大, 失效时间减少, 功率密度较大、预载荷较小时, 失效行为变得相似; 在一定的功率密度(315 W/cm2,351 W/cm2)下, 失效温度随预载荷的增大先增大后减小。该结果进一步揭示了7075铝合金的失效机理。
激光技术 失效温度 失效时间 预载荷 7075铝合金 laser technique fracture temperature fracture time preload 7075 aluminum alloy
1 宁波大学机械工程与力学学院, 浙江 宁波315211
2 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 浙江 宁波 315201
采用激光搅拌焊接对7075铝合金与碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)进行对接焊,分析了焊接工艺参数对接头连接强度的影响规律;对焊接接头的力学性能进行了测试,分析了影响接头强度的因素和接头的失效形式。结果表明:焊接速度对接头强度的影响最大,之后依次为离焦量、激光功率、搅拌振幅、搅拌频率和夹具气压;在最佳参数下得到的接头的连接强度为11.7 MPa,在此情况下接头断裂发生在CFRTP表层,接头的失效形式为CFRTP基体撕裂;测量了焊接时接头处的温度变化规律,温度过高或过低都会降低接头的强度;适当降低焊接速度能延长接头的高温存在时间,增加接头强度。
激光技术 碳纤维复合材料 7075铝合金 激光对接焊 焊接参数 中国激光
2020, 47(10): 1002003
1 南昌大学机电工程学院, 江西 南昌 330031
2 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 浙江 宁波 315201
为降低碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)与铝合金进行激光焊接时,激光加热对铝合金造成的焊接缺陷,提升焊接接头的力学性能,将激光搅拌焊接方法引入到铝合金与CFRTP的焊接中。通过与传统的激光直线焊接方法进行对比后发现:在相同的激光功率和焊接速度下,激光搅拌焊接接头的连接强度为传统激光直线焊接的3.25倍;激光搅拌焊接还可以显著减少气孔缺陷,获得较好的焊缝形貌。为进一步研究CFRTP/铝合金激光搅拌焊接的机理,对CFRTP/铝合金激光搅拌焊接温度场进行仿真分析,结果表明:铝合金表面的温度场呈非等幅振荡形式变化,且出现了两个峰值,这是激光搅拌焊接能够降低焊接缺陷的主要原因之一。同时,对铝合金焊缝的熔深、熔宽进行计算,并与测量结果进行对比,仿真结果与实验结果的误差在9.87%以内。
激光技术 激光搅拌焊接 碳纤维增强热塑性复合材料 7075铝合金 焊接缺陷 连接强度
1 华南理工大学 国家金属材料近净成形工程技术研究中心, 广东 广州 510641
2 东莞精研粉体科技有限公司, 广东 东莞 523808
选择性激光熔化技术(Selective laser melting, SLM)是近十几年发展的一种利用高能激光束熔化金属粉末, 堆叠成型的先进快速成形技术。目前, 国内外对铝合金SLM成形的研究主要集中在Al-Si系粉末, 对于7系超高强度铝合金粉末SLM成形的研究还处于起步阶段。研究使用7075铝合金粉末对SLM成形工艺做了一系列试验, 利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等仪器分析了7075铝合金选择性激光熔化成形试样的组织性能和裂纹。结果表明, 试样中的裂纹是由成分偏析所造成的, 偏析导致非平衡第二相T相和η′(MgZn2)相析出; 并且随着激光能量密度的增加, 试样中的柱状晶长度、熔池深度、裂纹平均长度、试样抗拉强度都随之增大, 而裂纹数量随之减少。
7075铝合金 选择性激光熔化技术 裂纹 显微组织 7075 aluminum alloy selective laser melting crack microstructure
1 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 浙江 宁波 315201
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
实验研究了激光冲击强化对7075铝合金干摩擦性能的影响。通过对激光冲击强化前后的试件进行物相分析、硬度分析、残余应力分析以及金相组织分析, 总结激光冲击强化改善7075铝合金耐磨性的原因。结果表明, 激光冲击强化能使材料表面产生晶粒细化, 提高材料的表面硬度, 产生残余压应力; 经过激光冲击强化处理之后7075铝合金的磨损量降低43.63%; 磨痕的深度和宽度分别降低45.76%和18.84%, 并且摩擦系数明显降低。激光冲击强化是一种能够有效改善7075铝合金耐磨性能的表面处理技术。
激光冲击强化 7075铝合金 硬度 残余应力 耐磨性 laser shock peening 7075 aluminum alloy microhardness residual stress wear resistance
