鋁合金開題報告

1、畢業(yè)設計（論文）開題報告題目：7xxx鋁合金的鹽霧腐蝕研究系 另U專 業(yè)班 級姓 名指導教師2011 年 6 月 21日材料科學與工程材料科學與工程8090226王冬冬權力偉一、選題的背景及研究的目的和意義鋁合金密度低，但強度比較高，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導電性、導熱 性和抗蝕性，工業(yè)上廣泛使用，使用量僅次于鋼。隨著近年來科學技術以及工業(yè)經(jīng)濟的飛速 發(fā)展，鋁合金作為一種有色金屬結構材料在航空、航天領域發(fā)揮著越來越重要的作用。各種 飛機都以鋁合金作為主要結構材料，占飛機結構重量的60%80%1。飛機上的蒙皮、梁、 肋、桁條、隔框和起落架都可以用鋁合金制造。航天飛機的乘員艙、前機身、

2、中機身、后機 身、垂尾、襟翼、升降副翼和水平尾翼都是用鋁合金制做的。各種人造地球衛(wèi)星和空間探測 器的主要結構材料也都是鋁合金，其中高強度鋁合金的應用尤為重要。高強度鋁合金中7xxx系列鋁合金有最高強度，代表型號7b04，主要含有鋅元素。 al-zn-mg-cu系超高強度鋁合金是20世紀60年代以航空航天用材為背景研制并發(fā)展起來的 一類高性能鋁合金，具有輕質、高強、高韌和低成本等一系列優(yōu)點，廣泛應用于航空、交通 運輸、艦艇和兵器等領域，具有極高的應用價值，受到世界各國的高度重視。鋁鎂鋅銅合金 是可熱處理合金，屬于超硬鋁合金，有良好的耐磨性也有良好的焊接性，但耐腐蝕性較差。 適當控制合金中鋅和鎂的

3、比例，可添加銅、錳等元素后，將進一步提高合金強度，改善塑性 和耐應力腐蝕性能。其中鋅和鎂含量的比值及鋅、鎂、銅含量的總和不同，合金的性能也不 同。鋅和鎂含量的比值增加，合金的熱處理效果增大，強度提高，但應力腐蝕敏感性增大。 當鋅、鎂、銅含量的總和大于9%（質量）時，合金的拉伸強度最高。大氣腐蝕是指暴露在空氣的材料與空氣中的水和氧氣等發(fā)生化學和電化學的作用所引起 的腐蝕，它是腐蝕中最普遍的一種2。金屬的大氣腐蝕造成的經(jīng)濟損失尤為嚴重，據(jù)統(tǒng)計全世界在大氣中使用的鋼材一般超過其生產(chǎn)總量的60%，腐蝕損失占總損 失量的50%以上。我國1995年的統(tǒng)計表明，因腐蝕直接造成的經(jīng)濟損失己高達1500億人民

4、幣，約占國民生產(chǎn)總值的4%3。高強鋁合金在沿海濕熱、高鹽分的環(huán)境中相當敏感，容易 發(fā)生點腐蝕，形成腐蝕損傷。腐蝕損傷造成材料疲勞性能下降，嚴重影響了飛機的疲勞壽命。 高強鋁合金的大氣腐蝕不僅使維護和維修的費用大大增加，而且縮短了飛機的壽命，甚至引 起災難性后果。大氣腐蝕暴露試驗是一種接近使用環(huán)境的較可靠的腐蝕試驗方法，試驗結果也接近真實 使用情況4。但是，試驗周期長，尤其對于設計壽命有幾十年的飛機結構件來說，為得到全 面的腐蝕使用數(shù)據(jù)，可能需數(shù)年或更長時間。幾十年來，工程設計和腐蝕與防護界都在期望 由實驗室內的短期加速腐蝕試驗結果來推測戶外長期暴露試驗結果為此提出了許多加速試 驗方法。例如使用

5、酸性鹽霧環(huán)境對航空常用高強度鋁合金材料進行加速腐蝕試驗，并從腐蝕 機理、腐蝕產(chǎn)物結構、試樣外觀表現(xiàn)及腐蝕動力學規(guī)律等方面與大氣腐蝕試驗相比較證明 該加速方法對鋁合金腐蝕試驗的可靠性。考慮到真實的結構使用環(huán)境是復雜多變的，如降雨、 凝露、光照、大風等多樣的天氣以及溫度、濕度、氣壓等的變化，真實環(huán)境中還會存在電磁 環(huán)境因素和生物環(huán)境因素的影響；所以加速腐蝕試驗不可避的有一定的模擬偏差5。通過對 腐蝕試件的力學性能進行測試，討論試驗條件對試樣的力學性能的影響，進而從腐蝕對結構 件造成的損傷等效的角度對加速腐蝕進行研究。研究典型高強鋁合金試樣的腐蝕行為，進而 確定點腐蝕損傷對高強鋁合金材料疲勞性能的影

6、響，對于老齡飛行器的定壽、延壽和新型飛 行器的設計、改進都有較為重要的指導意義6。二、國內外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析目前，對于高強鋁合金的腐蝕行為研究主要局限于鹽霧試驗。鹽霧腐蝕試驗方法可分成兩大類：天然環(huán)境暴露試驗和人工加速模擬鹽霧環(huán)境試驗。天 然環(huán)境暴露試驗是將樣品放在某一典型氣候區(qū)域，在貯存環(huán)境下考樣品的耐鹽霧腐蝕性情況。 天然環(huán)境暴露試驗的周期一般很長，需要幾年甚至十幾年，同時，需要試驗人員長期進行檢 查和記錄，所需人力、財力、物力較大。其試驗結果也只適用部分地區(qū)，在另一些地區(qū)則可 能不適用。人工加速模擬環(huán)境試驗是利用具有一定容積空間的試驗設備鹽霧試驗箱在其容 積空間內用人工方法造成鹽

7、霧環(huán)境，對元器件的耐鹽霧腐蝕性能質量進行考核。它彌補了天 然環(huán)境暴露試驗的不足，通過提高鹽霧環(huán)境中氯化物的濃度，使腐蝕速度大大提高，得出結 果的時間也縮短了很多。人工模擬鹽霧環(huán)境試驗，使樣品的耐鹽霧腐蝕質量不受自然環(huán)境條件的影響，因此得到了較快的發(fā)展，從單一的氯化鈉鹽霧試驗發(fā)展成為多種類型試驗 7。鹽霧試驗可分為4類：中性鹽霧試驗，醋酸鹽霧試驗，銅加速醋酸鹽霧試驗，交變鹽 霧試驗。中性鹽霧試驗（nss）是最早出現(xiàn)的人工模擬鹽霧試驗，也是目前應用最廣的一種試 驗方法。國際標準化組織（iso）、國際電工委員會（iec）及工業(yè)發(fā)達國家和我國的產(chǎn)品標 準大都規(guī)定中性鹽霧試驗為產(chǎn)品標準鹽霧腐蝕質量項目的

8、試驗方法。中性鹽霧試驗模擬的環(huán) 境條件相似于沿海地區(qū)的大氣環(huán)境，試驗可以揭示元器件鍍層存在的缺陷，以及不符合質量 要求的工藝處理，對同一種鍍層采用不同方法處理的質量評價也可以得出較滿意的效果。室內加速試驗又可分為四類：連續(xù)鹽霧試驗，循環(huán)鹽霧試驗，周期浸潤實驗，室內綜合 加速實驗。鋁合金材料構件在海洋大氣環(huán)境服役過程中不可避免地會遭受不同程度的腐蝕損傷，主 要腐蝕形式有點腐蝕、應力腐蝕等。點腐蝕會造成高強鋁合金構件的疲勞性能下降，引起斷 裂等事故的發(fā)生。這主要是由于腐蝕損傷加速了表面疲勞源的產(chǎn)生和疲勞裂紋的擴展，而縮短了飛機結構部件的疲勞壽命及其剩余強度。已有很多學者 研究了鋁合金材料在海洋大氣

9、環(huán)境中的點腐蝕、應力腐蝕特征和規(guī)律，這些為航空等工業(yè)應 用高強鋁合金材料提供了設計依據(jù)。在研究鋁合金材料的腐蝕中，大量的工作是針對鋁合金 所處的環(huán)境（溫度、濕度、介質成分等）與腐蝕規(guī)律、鋁合金的腐蝕類型及機理等，而鋁合金 材料的面積因素對點腐蝕的影響規(guī)律研究得較少。飛機在長期使用的過程中防護涂層不同程 度的脫落、劃痕及零件接合部位的磨損都會使鋁合金材料產(chǎn)生不同面積的暴露，這會影響鋁 合金結構件的腐蝕行為。因此研究高強鋁合金材料在鹽水環(huán)境下的暴露面積對點腐蝕行為的 影響以及腐蝕規(guī)律也是現(xiàn)在研究的方向之一。絕大多數(shù)的金屬設備（設施）使用到一定程度其性能都會因腐蝕而受到影響，出于安全 性、經(jīng)濟性考慮

10、，腐蝕壽命的預測和評估已逐漸成為研究的重點8。在鋁合金構件的服役過 程中，局部腐蝕往往是導致其失效的主要原因，而其中高強鋁合金的應力腐蝕開裂（stress corrosion cracking, scc）問題尤為突出。60年前，德國齊柏林飛艇的鋁合金構件發(fā)生了 應力腐蝕，甚至美國阿波羅登月艙和巨型土星火箭也出現(xiàn)了類似的應力腐蝕破裂。直到如今 研制生產(chǎn)的先進噴氣飛機仍然存在這類鋁合金的應力腐蝕問題。應力腐蝕的特點是材料構件 在斷裂破壞前沒有明顯的預兆，故其破壞性和危害性極大。因此，鋁合金應力腐蝕開裂一直 倍受人們關注，多年來國內外研究者在這方面做了大量的工作，并在鋁合金的scc機理、 影響因素及

11、控制手段等方面已取得了較大進展和成果。鹽霧對金屬材料的腐蝕是以電化學方式進行的，主要是導電的鹽溶液滲入金屬內部發(fā)生 電化學反應，形成低電位金屬-電解質溶液-高電位雜質的微電池系統(tǒng)，發(fā)生電子轉移，作為 陽極的金屬出現(xiàn)溶解，形成新的化合物，即腐蝕物。金屬保護層和篇二：鋁合金等溫鍛開題報告畢業(yè)設計（論文）開題報告題目鋁合金差速器等溫精鍛工藝及模具設計專 業(yè)名稱材料成型及控制工程班級學號08011605學生姓名蔡媛媛指導教師王家宣填表日期 2012年3月 5日說 明開題報告應結合自己課題而作，一般包括：課題依據(jù)及課題的意義、國內外研究概況及 發(fā)展趨勢（含文獻綜述）、研究內容及實驗方案、目標、主要特色及

12、工作進度、參考文獻等內 容。以下填寫內容各專業(yè)可根據(jù)具體情況適當修改。但每個專業(yè)填寫內容應保持一致。一、選題的依據(jù)及意義：等溫鍛造是20世紀70年代初由美國和蘇聯(lián)首先研究發(fā)展起來的一種先進的鍛造技術， 等溫鍛造這一新技術的應用源于1920年發(fā)現(xiàn)了金屬在低應力下的異常塑性?？茖W家在1945 年賦以這種特性為超塑性，從20世紀60年代開始，美國和前蘇聯(lián)利用金屬的超塑性能研究 等溫鍛造技術,70年代等溫鍛造技術投人生產(chǎn),80年代成為生產(chǎn)發(fā)展高新技術所需的優(yōu)質鍛 材的重要手段。我國從20世紀70年代起，不少科研院所和企業(yè)也開始等溫鍛造研究。它是指 模鍛的整個成形過程中，將模具和坯料溫度保持相同或相近的

13、恒定值，并用較慢的成形速度 來完成的成形方法。在較高溫度條件下，鍛件以較低的應變速率變形，變形材料能夠充分再 結晶，從而可以大部分或全部克服加工硬化的影響。等溫鍛造工藝的關鍵是要求坯料在一定溫度點或者在一定溫度段發(fā)生變形，而且對不同 變形坯料來說，其最佳變形溫度有所不同，所以在等溫鍛造過程中溫度的控制十分重要。鍛 模的溫度要控制在和毛坯加熱溫度大致相同的范圍內，使毛坯在溫度基本不變的條件下完成 鍛造。等溫鍛造的成形速度很慢，一般在專用設備上進行，且需要特殊的模具加熱裝置。采 用等溫鍛造加工得到的鍛件，組織均勻、機械性能優(yōu)良，鍛件無回彈、尺寸穩(wěn)定、材料的利 用率高、表面質量好。等溫鍛造與常規(guī)鍛造

14、相比，具有以下優(yōu)點：1變形速度低，變形溫度恒定，克服了模冷、局部過熱和變形不均勻等不。足，且動態(tài)再結晶進行充分，鍛件的微觀組織和綜合性能具有良好的均勻性和一致性。2顯著提高金屬材料的塑性，毛坯的冷卻速度或變形速度均降低，因而大。大降低了材料的變形抗力。3由于減少或消除了模具激冷和材料應變硬化的影響，不僅鍛造載荷小，。設備噸位大大降低，而且還有助于簡化成形過程，因此可以鍛造出形狀復雜的大型結構 件和精密鍛件。4等溫條件使模鍛過程在最佳的熱力規(guī)范下進行，且加工參數(shù)可以被精確?？刂?，所以產(chǎn)品具有均勻一致的微觀組織和優(yōu)良的機械性能，并能使少切削或完全無切削加工的優(yōu)質復雜零件的生產(chǎn)成為可能。等溫鍛造的主

15、要局限性是模具及其配套加熱裝置的成本昂貴，鍛造生產(chǎn)率較低。工藝和 設備適合于等溫鍛造的金屬和合金非常廣泛，幾乎所有的鋁、鎂、欽、銅及其合金，合金鋼、 不銹鋼、高溫合金、粉末合金以及各種高性能新型金屬材料，如機械合金化合金、有序金屬 間化合物及金屬基復合材料等均可使用此工藝。但等溫鍛造作為一種新興工藝技術的發(fā)展， 主要是針對難變形材料的鋁合金由于具有比強度高、比剛度高、導熱性好等特點，成為飛機和航天器輕量化的首選 材料，如圖1所示為某型號直升飛機的鋁合金筒式絕緣套。每輛空中客車上使用了 180t厚鋁 板，大多數(shù)巡航導彈的殼體是用優(yōu)質的鋁合金鑄鍛件制造的。目前，鋁材在民用飛機結構上 的用量為70%

16、80%，在軍用飛機結構亡的用量為40%60%。在新型b777客機上，鋁合 金也占了機體結構質量的70%以上。由于用途特殊，大多數(shù)零件都具有結構復雜、形狀特殊， 且性能要求高，而鋁合金材料在熱加工時，因其成形溫度范圍窄、導熱系數(shù)大、加上產(chǎn)品對象 成形加工時的變形程度較大，導致其成形加工性差。因此，對復雜鋁合金零件，特別是高強度鋁 合金零件的成形加工大多采用等溫鍛造的方法來完成。二、國內外研究概況及發(fā)展趨勢(含文獻綜述)：應用和發(fā)展等溫鍛造主要適用于航空 航天等高技術領域所需的高性能結構材料的成型，如欽合金、高溫合金、粉末合金、金屬間 化合物及金屬基復合材料等的成型。這些材料都屬于低塑性乃至脆性材

17、料，應變速率敏感性 高而且要求嚴格的組織性能控制。在常規(guī)鍛造條件下，模具的激冷作用和快速變形的基本條 件嚴重地限制了這些材料鍛造時的可鍛溫區(qū)、允許變形量以及鍛件的復雜程度等，而等溫 鍛造則可滿足其有關要求。等溫鍛造的發(fā)展方向是降低成本和提高生產(chǎn)效率，以及采用計 算機技術等，以逐步實現(xiàn)設計、生產(chǎn)、檢測過程的一體化。國外鋁合金等溫鍛發(fā)展起步較早，1964年美國國際商務機器公司開始用等溫鍛造成形零 件，在70年代就使用特種等溫鍛造設備和熱鍛模技術生產(chǎn)航空飛機發(fā)動機渦輪盤、燃料箱以 及其他薄壁骨架件。美國魏曼戈登、來迪思、卡慢倫三大航空鍛件生產(chǎn)廠擁有能夠生產(chǎn)優(yōu) 質精密粉末渦輪盤、高溫合金及飛機用大型結

18、構鍛件的精密設備和先進技術。80年代初期，前蘇聯(lián)系列生產(chǎn)了等溫鍛造專用液 壓機，如250t、630t、1600t和4000t液壓機。這些設備均安裝在現(xiàn)俄羅斯有關廠所院校， 進行鋁合金葉片、飛機結構件和粉末高溫合金渦輪盤等零件的等溫鍛造研究和應用。90年代， 美國相繼開發(fā)了 5000t和10000t的液壓機，10000t的液壓機為當時世界上最大的等溫鍛造 液壓機。而我國國內鋁合金在近年中的發(fā)展中也取得了不少成績，哈爾濱工業(yè)大學的劉潤廣、王 仲仁、呂炎教授等人從上世紀80年代開始研究鋁合金等溫鍛造工藝。1985年，劉潤廣、王 仲仁等人對ld5鍛鋁合金葉片等溫精鍛造進行了研究。1993年，劉潤廣對2618a鋁合金作動 筒鉸鏈接頭的成形工藝進行研究，生產(chǎn)出的零件晶粒度達到1.0級，金屬的填充性好,可以模 壓出形狀復雜、清晰的特高筋薄腹板型精鍛件，其加工余量較小，尺寸精度較高，最大筋高/ 筋寬為16.25。90年代，景德鎮(zhèn)航空鍛鑄公司生產(chǎn)出了國內最早裝機的鋁臺金精密鍛件。1999 年，劉潤廣等對2214、2618等多種型號的鋁合金搖臂等溫模鍛工藝進行研究。2000年開始， 北京航空材料研究院的李惠曲4等人對ld11(4032)的鋁合金等溫鍛造進行了研究，有了重 要發(fā)現(xiàn)。目前，我國最大的等溫鍛造油壓機為10000噸，位于陜西三原的紅原航空鍛鑄工業(yè) 公司。