铝合金开题报告

1、毕业设计（论文）开题报告题目：7xxx铝合金的盐雾腐蚀研究系 另U专 业班 级姓 名指导教师2011 年 6 月 21日材料科学与工程材料科学与工程8090226王冬冬权力伟一、选题的背景及研究的目的和意义铝合金密度低，但强度比较高，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热 性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速 发展，铝合金作为一种有色金属结构材料在航空、航天领域发挥着越来越重要的作用。各种 飞机都以铝合金作为主要结构材料，占飞机结构重量的60%80%1。飞机上的蒙皮、梁、 肋、桁条、隔框和起落架都可以用铝合金制造。航天飞机的乘员舱、前机身、

2、中机身、后机 身、垂尾、襟翼、升降副翼和水平尾翼都是用铝合金制做的。各种人造地球卫星和空间探测 器的主要结构材料也都是铝合金，其中高强度铝合金的应用尤为重要。高强度铝合金中7xxx系列铝合金有最高强度，代表型号7b04，主要含有锌元素。 al-zn-mg-cu系超高强度铝合金是20世纪60年代以航空航天用材为背景研制并发展起来的 一类高性能铝合金，具有轻质、高强、高韧和低成本等一系列优点，广泛应用于航空、交通 运输、舰艇和兵器等领域，具有极高的应用价值，受到世界各国的高度重视。铝镁锌铜合金 是可热处理合金，属于超硬铝合金，有良好的耐磨性也有良好的焊接性，但耐腐蚀性较差。 适当控制合金中锌和镁的

3、比例，可添加铜、锰等元素后，将进一步提高合金强度，改善塑性 和耐应力腐蚀性能。其中锌和镁含量的比值及锌、镁、铜含量的总和不同，合金的性能也不 同。锌和镁含量的比值增加，合金的热处理效果增大，强度提高，但应力腐蚀敏感性增大。 当锌、镁、铜含量的总和大于9%（质量）时，合金的拉伸强度最高。大气腐蚀是指暴露在空气的材料与空气中的水和氧气等发生化学和电化学的作用所引起 的腐蚀，它是腐蚀中最普遍的一种2。金属的大气腐蚀造成的经济损失尤为严重，据统计全世界在大气中使用的钢材一般超过其生产总量的60%，腐蚀损失占总损 失量的50%以上。我国1995年的统计表明，因腐蚀直接造成的经济损失己高达1500亿人民

4、币，约占国民生产总值的4%3。高强铝合金在沿海湿热、高盐分的环境中相当敏感，容易 发生点腐蚀，形成腐蚀损伤。腐蚀损伤造成材料疲劳性能下降，严重影响了飞机的疲劳寿命。 高强铝合金的大气腐蚀不仅使维护和维修的费用大大增加，而且缩短了飞机的寿命，甚至引 起灾难性后果。大气腐蚀暴露试验是一种接近使用环境的较可靠的腐蚀试验方法，试验结果也接近真实 使用情况4。但是，试验周期长，尤其对于设计寿命有几十年的飞机结构件来说，为得到全 面的腐蚀使用数据，可能需数年或更长时间。几十年来，工程设计和腐蚀与防护界都在期望 由实验室内的短期加速腐蚀试验结果来推测户外长期暴露试验结果为此提出了许多加速试 验方法。例如使用

5、酸性盐雾环境对航空常用高强度铝合金材料进行加速腐蚀试验，并从腐蚀 机理、腐蚀产物结构、试样外观表现及腐蚀动力学规律等方面与大气腐蚀试验相比较证明 该加速方法对铝合金腐蚀试验的可靠性。考虑到真实的结构使用环境是复杂多变的，如降雨、 凝露、光照、大风等多样的天气以及温度、湿度、气压等的变化，真实环境中还会存在电磁 环境因素和生物环境因素的影响；所以加速腐蚀试验不可避的有一定的模拟偏差5。通过对 腐蚀试件的力学性能进行测试，讨论试验条件对试样的力学性能的影响，进而从腐蚀对结构 件造成的损伤等效的角度对加速腐蚀进行研究。研究典型高强铝合金试样的腐蚀行为，进而 确定点腐蚀损伤对高强铝合金材料疲劳性能的影

6、响，对于老龄飞行器的定寿、延寿和新型飞 行器的设计、改进都有较为重要的指导意义6。二、国内外在该方向的研究现状及分析目前，对于高强铝合金的腐蚀行为研究主要局限于盐雾试验。盐雾腐蚀试验方法可分成两大类：天然环境暴露试验和人工加速模拟盐雾环境试验。天 然环境暴露试验是将样品放在某一典型气候区域，在贮存环境下考样品的耐盐雾腐蚀性情况。 天然环境暴露试验的周期一般很长，需要几年甚至十几年，同时，需要试验人员长期进行检 查和记录，所需人力、财力、物力较大。其试验结果也只适用部分地区，在另一些地区则可 能不适用。人工加速模拟环境试验是利用具有一定容积空间的试验设备盐雾试验箱在其容 积空间内用人工方法造成盐

7、雾环境，对元器件的耐盐雾腐蚀性能质量进行考核。它弥补了天 然环境暴露试验的不足，通过提高盐雾环境中氯化物的浓度，使腐蚀速度大大提高，得出结 果的时间也缩短了很多。人工模拟盐雾环境试验，使样品的耐盐雾腐蚀质量不受自然环境条件的影响，因此得到了较快的发展，从单一的氯化钠盐雾试验发展成为多种类型试验 7。盐雾试验可分为4类：中性盐雾试验，醋酸盐雾试验，铜加速醋酸盐雾试验，交变盐 雾试验。中性盐雾试验（nss）是最早出现的人工模拟盐雾试验，也是目前应用最广的一种试 验方法。国际标准化组织（iso）、国际电工委员会（iec）及工业发达国家和我国的产品标 准大都规定中性盐雾试验为产品标准盐雾腐蚀质量项目的

8、试验方法。中性盐雾试验模拟的环 境条件相似于沿海地区的大气环境，试验可以揭示元器件镀层存在的缺陷，以及不符合质量 要求的工艺处理，对同一种镀层采用不同方法处理的质量评价也可以得出较满意的效果。室内加速试验又可分为四类：连续盐雾试验，循环盐雾试验，周期浸润实验，室内综合 加速实验。铝合金材料构件在海洋大气环境服役过程中不可避免地会遭受不同程度的腐蚀损伤，主 要腐蚀形式有点腐蚀、应力腐蚀等。点腐蚀会造成高强铝合金构件的疲劳性能下降，引起断 裂等事故的发生。这主要是由于腐蚀损伤加速了表面疲劳源的产生和疲劳裂纹的扩展，而缩短了飞机结构部件的疲劳寿命及其剩余强度。已有很多学者 研究了铝合金材料在海洋大气

9、环境中的点腐蚀、应力腐蚀特征和规律，这些为航空等工业应 用高强铝合金材料提供了设计依据。在研究铝合金材料的腐蚀中，大量的工作是针对铝合金 所处的环境（温度、湿度、介质成分等）与腐蚀规律、铝合金的腐蚀类型及机理等，而铝合金 材料的面积因素对点腐蚀的影响规律研究得较少。飞机在长期使用的过程中防护涂层不同程 度的脱落、划痕及零件接合部位的磨损都会使铝合金材料产生不同面积的暴露，这会影响铝 合金结构件的腐蚀行为。因此研究高强铝合金材料在盐水环境下的暴露面积对点腐蚀行为的 影响以及腐蚀规律也是现在研究的方向之一。绝大多数的金属设备（设施）使用到一定程度其性能都会因腐蚀而受到影响，出于安全 性、经济性考虑

10、，腐蚀寿命的预测和评估已逐渐成为研究的重点8。在铝合金构件的服役过 程中，局部腐蚀往往是导致其失效的主要原因，而其中高强铝合金的应力腐蚀开裂（stress corrosion cracking, scc）问题尤为突出。60年前，德国齐柏林飞艇的铝合金构件发生了 应力腐蚀，甚至美国阿波罗登月舱和巨型土星火箭也出现了类似的应力腐蚀破裂。直到如今 研制生产的先进喷气飞机仍然存在这类铝合金的应力腐蚀问题。应力腐蚀的特点是材料构件 在断裂破坏前没有明显的预兆，故其破坏性和危害性极大。因此，铝合金应力腐蚀开裂一直 倍受人们关注，多年来国内外研究者在这方面做了大量的工作，并在铝合金的scc机理、 影响因素及

11、控制手段等方面已取得了较大进展和成果。盐雾对金属材料的腐蚀是以电化学方式进行的，主要是导电的盐溶液渗入金属内部发生 电化学反应，形成低电位金属-电解质溶液-高电位杂质的微电池系统，发生电子转移，作为 阳极的金属出现溶解，形成新的化合物，即腐蚀物。金属保护层和篇二：铝合金等温锻开题报告毕业设计（论文）开题报告题目铝合金差速器等温精锻工艺及模具设计专 业名称材料成型及控制工程班级学号08011605学生姓名蔡媛媛指导教师王家宣填表日期 2012年3月 5日说 明开题报告应结合自己课题而作，一般包括：课题依据及课题的意义、国内外研究概况及 发展趋势（含文献综述）、研究内容及实验方案、目标、主要特色及

12、工作进度、参考文献等内 容。以下填写内容各专业可根据具体情况适当修改。但每个专业填写内容应保持一致。一、选题的依据及意义：等温锻造是20世纪70年代初由美国和苏联首先研究发展起来的一种先进的锻造技术， 等温锻造这一新技术的应用源于1920年发现了金属在低应力下的异常塑性。科学家在1945 年赋以这种特性为超塑性，从20世纪60年代开始，美国和前苏联利用金属的超塑性能研究 等温锻造技术,70年代等温锻造技术投人生产,80年代成为生产发展高新技术所需的优质锻 材的重要手段。我国从20世纪70年代起，不少科研院所和企业也开始等温锻造研究。它是指 模锻的整个成形过程中，将模具和坯料温度保持相同或相近的

13、恒定值，并用较慢的成形速度 来完成的成形方法。在较高温度条件下，锻件以较低的应变速率变形，变形材料能够充分再 结晶，从而可以大部分或全部克服加工硬化的影响。等温锻造工艺的关键是要求坯料在一定温度点或者在一定温度段发生变形，而且对不同 变形坯料来说，其最佳变形温度有所不同，所以在等温锻造过程中温度的控制十分重要。锻 模的温度要控制在和毛坯加热温度大致相同的范围内，使毛坯在温度基本不变的条件下完成 锻造。等温锻造的成形速度很慢，一般在专用设备上进行，且需要特殊的模具加热装置。采 用等温锻造加工得到的锻件，组织均匀、机械性能优良，锻件无回弹、尺寸稳定、材料的利 用率高、表面质量好。等温锻造与常规锻造

14、相比，具有以下优点：1变形速度低，变形温度恒定，克服了模冷、局部过热和变形不均匀等不。足，且动态再结晶进行充分，锻件的微观组织和综合性能具有良好的均匀性和一致性。2显著提高金属材料的塑性，毛坯的冷却速度或变形速度均降低，因而大。大降低了材料的变形抗力。3由于减少或消除了模具激冷和材料应变硬化的影响，不仅锻造载荷小，。设备吨位大大降低，而且还有助于简化成形过程，因此可以锻造出形状复杂的大型结构 件和精密锻件。4等温条件使模锻过程在最佳的热力规范下进行，且加工参数可以被精确。控制，所以产品具有均匀一致的微观组织和优良的机械性能，并能使少切削或完全无切削加工的优质复杂零件的生产成为可能。等温锻造的主

15、要局限性是模具及其配套加热装置的成本昂贵，锻造生产率较低。工艺和 设备适合于等温锻造的金属和合金非常广泛，几乎所有的铝、镁、钦、铜及其合金，合金钢、 不锈钢、高温合金、粉末合金以及各种高性能新型金属材料，如机械合金化合金、有序金属 间化合物及金属基复合材料等均可使用此工艺。但等温锻造作为一种新兴工艺技术的发展， 主要是针对难变形材料的铝合金由于具有比强度高、比刚度高、导热性好等特点，成为飞机和航天器轻量化的首选 材料，如图1所示为某型号直升飞机的铝合金筒式绝缘套。每辆空中客车上使用了 180t厚铝 板，大多数巡航导弹的壳体是用优质的铝合金铸锻件制造的。目前，铝材在民用飞机结构上 的用量为70%

16、80%，在军用飞机结构亡的用量为40%60%。在新型b777客机上，铝合 金也占了机体结构质量的70%以上。由于用途特殊，大多数零件都具有结构复杂、形状特殊， 且性能要求高，而铝合金材料在热加工时，因其成形温度范围窄、导热系数大、加上产品对象 成形加工时的变形程度较大，导致其成形加工性差。因此，对复杂铝合金零件，特别是高强度铝 合金零件的成形加工大多采用等温锻造的方法来完成。二、国内外研究概况及发展趋势(含文献综述)：应用和发展等温锻造主要适用于航空 航天等高技术领域所需的高性能结构材料的成型，如钦合金、高温合金、粉末合金、金属间 化合物及金属基复合材料等的成型。这些材料都属于低塑性乃至脆性材

17、料，应变速率敏感性 高而且要求严格的组织性能控制。在常规锻造条件下，模具的激冷作用和快速变形的基本条 件严重地限制了这些材料锻造时的可锻温区、允许变形量以及锻件的复杂程度等，而等温 锻造则可满足其有关要求。等温锻造的发展方向是降低成本和提高生产效率，以及采用计 算机技术等，以逐步实现设计、生产、检测过程的一体化。国外铝合金等温锻发展起步较早，1964年美国国际商务机器公司开始用等温锻造成形零 件，在70年代就使用特种等温锻造设备和热锻模技术生产航空飞机发动机涡轮盘、燃料箱以 及其他薄壁骨架件。美国魏曼戈登、来迪思、卡慢伦三大航空锻件生产厂拥有能够生产优 质精密粉末涡轮盘、高温合金及飞机用大型结

18、构锻件的精密设备和先进技术。80年代初期，前苏联系列生产了等温锻造专用液 压机，如250t、630t、1600t和4000t液压机。这些设备均安装在现俄罗斯有关厂所院校， 进行铝合金叶片、飞机结构件和粉末高温合金涡轮盘等零件的等温锻造研究和应用。90年代， 美国相继开发了 5000t和10000t的液压机，10000t的液压机为当时世界上最大的等温锻造 液压机。而我国国内铝合金在近年中的发展中也取得了不少成绩，哈尔滨工业大学的刘润广、王 仲仁、吕炎教授等人从上世纪80年代开始研究铝合金等温锻造工艺。1985年，刘润广、王 仲仁等人对ld5锻铝合金叶片等温精锻造进行了研究。1993年，刘润广对2618a铝合金作动 筒铰链接头的成形工艺进行研究，生产出的零件晶粒度达到1.0级，金属的填充性好,可以模 压出形状复杂、清晰的特高筋薄腹板型精锻件，其加工余量较小，尺寸精度较高，最大筋高/ 筋宽为16.25。90年代，景德镇航空锻铸公司生产出了国内最早装机的铝台金精密锻件。1999 年，刘润广等对2214、2618等多种型号的铝合金摇臂等温模锻工艺进行研究。2000年开始， 北京航空材料研究院的李惠曲4等人对ld11(4032)的铝合金等温锻造进行了研究，有了重 要发现。目前，我国最大的等温锻造油压机为10000吨，位于陕西三原的红原航空锻铸工业 公司。