铝合金FSW构件时效成形的微观组织及力学性能

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为满足现代化飞机的性能和减重要求,单个零件制造向整体结构制造技术及近无余量制造技术发展。整体壁板结构作为现代飞机机身和机翼的重要结构件而被大量应用。时效成形技术作为一种新型的铝合金成形工艺方法,在航空航天器的整体壁板件制造中具有独特优势。针对整体壁板铣削加工周期长,材料利用率低等问题,提出基于搅拌摩擦焊接整体壁板的时效成形研究课题。将搅拌摩擦焊构件的时效成形作为研究对象,力求为整体壁板结构件的低成本制造开辟一条新的道路,具有重要的工程应用价值。选择以2A12铝合金板材为研究对象,以带焊缝的曲面壁板为典型件,通过不同时间下FSW焊接与非焊件时效成形的对比实验,和不同预热处理+时效成形复合工艺的对比实验,探讨2A12材料FSW焊接构件时效成形的微观组织演变规律和强化机制。系统研究FSW工艺对时效成形的宏观形貌及组织影响,分析时效成形的延伸率、拉伸强度以及硬度的影响。探索不同预热处理+时效成形复合工艺对2A12材料FSW焊接构件的性能及组织结构的改善效果,以寻找优化FSW构件时效成形工艺。研究结果表明:2A12铝合金FSW焊接构件通过时效成形能得到较好的材料性能。FSW工艺对2A12铝合金时效成形构件的回弹率、力学拉伸性能及硬度都有不同程度的负面影响,FSW工艺使得2A12铝合金材料的最佳时效成形时间提前,FSW工艺对2A12铝合金构件时效成形过程会产生一定的抑制作用。FSW焊缝区域微观组织结构复杂,晶粒大小、形状分布有明显区域化,不如非焊结构组织均匀。2A12铝合金FSW焊接构件经退火+固溶处理+分级时效成形,其回弹率、力学拉伸性能及硬度都得到提升,并减弱和消除了FSW工艺对构件的不利影响。FSW焊缝各区域微观组织得到一定程度的细化和均匀化。为了寻求获得具有一定曲面形状且性能良好的整体焊接壁板构件,探索了2A12铝合金FSW构件热处理加时效成形的最佳工艺方法,为整体焊接壁板时效成形的工程应用奠定了一定的基础。
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