合金
關注創建者：320科技工作室 創建時間：2020-04-28
合金的視頻教程
航空制造中的切削溫度與殘余應力控制：高溫合金與鈦合金加工
隨著我國航空航天等技術密集型產業飛速發展，各種超耐熱、耐磨損、耐腐蝕合金等難切削材料的精密制造需求日益突出。高溫合金如 GH4169 及鈦合金作為航空航天領域關鍵結構材料，其加工過程面臨切削溫度高、刀具磨損快、表面質量控制難等共性問題。GH4169 鎳基高溫合金和鈦合金均屬于典型難加工材料。工程實踐表明，零部件疲勞破壞多起源于表面或近表面區域，加工表面完整性已成為評價制造質量的核心指標。
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鎢合金破片/小球侵徹鋁合金靶板試驗對標模型
鎢合金破片/小球（直徑為8mm）侵徹鋁合金靶板（厚度為10mm）試驗對標模型。 對標指標：彈道極限速度。 試驗結果：466m/s，仿真結果：475m/s，誤差1.93%。 課程包含對標K文件。
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AUTODYN數值模擬鎢合金破片垂直侵徹陶瓷/金屬復合裝甲（干貨滿滿）
使用ANSYS中的AUTODYN軟件進行鎢合金破片垂直侵徹陶瓷/金屬復合裝甲數值仿真， 1. 陶瓷材料選用SPH算法，鋁合金材料采用拉格朗日算法 2. 賦予鎢合金材料800mm/ms的初始速度，給靶板添加固定邊界條件 3. 模型采用二維軸對稱，單位制為mm,mg,ms 4. 給鎢合金和鋁合金材料賦予失效模型和侵蝕參數
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合金的實例教程
越來越多的消費類產品采用合金材料來制作。金屬材料給人高端、堅固、耐用的品質感，而傳統的塑料外殼產品在消費者心中逐漸被貼上“廉價”和“低品質”的標簽。
對于消費類產品而言，常用的合金材料由鋁合金、鋅合金和鎂合金。鈦合金由于其生物相融性好，常用在醫療領域。方工就來扒一扒這幾種合金材料的特性，做個對比。
因此，歸納性的總結放在前面，見以下性能對比表。
物理性能對比表
這四種合金，鈦合金最硬，強度也最好。硬度方面，鈦合金要遠硬與其他三種合金。就抗拉強度而言，鈦合金強與鋅合金，其次是鎂合金，強度最低的是鋁合金。
強度和硬度對比
但產品結構設計而言，還需要考慮重量，如果將比重考慮進度，鋅合金由于密度最大，比強度反而最小了。鈦合金和鎂合金比強度高，但鈦合金價格昂貴，加工性不好，因此在要綜合考慮重量和強度的結構件種，多采用鎂合金。
鋁合金
材料成分直接找度娘，這里不費篇幅羅列。鋁合金的密度為2.63～2.85g/cm，有較高的強度(σb為110～270MPa)，比強度接近高合金鋼，比剛度超過鋼，有良好的鑄造性能和塑性加工性能，良好的導電、導熱性能，良好的耐蝕性和可焊性。
壓鑄鋁合金的流動性比較好，熔點為熔點660℃。
鋁合金在產品結構設計中的工藝應用形式也最豐富，常用加工工藝有：壓鑄、擠出成型、機加工、沖壓、鍛造。建筑門窗大量應用鋁合金型材，機械設備也常用鋁型材搭建框架。電子產品和生活快消品的外殼也不乏鋁合金，這類產品外觀要求較高，比較常見的工藝是擠出，機加工，沖壓等。
快消品的外殼比較少用壓鑄鋁，因為壓鑄鋁合金含有較高成分的Si，所以在做Anodizing（陽極氧化）時，直接與藥液產生反應，氧化后表面效果比較差。
展開 航空鋁合金代次劃分特點
百年航空、百年鋁材是鋁合金在航空應用的歷史縮影。1909年，英國《每日郵報》發起的橫渡英吉利海峽的競賽，獲勝的布里奧Ⅺ型飛機機翼前緣包有鋁制蒙皮，形成穩定的機翼型面。隨后航空鋁合金在飛機設計需求牽引和鋁合金自身技術發展的雙重推動下，至今已發展至第五代鋁合金。
航空鋁合金的代次劃分主要以變形鋁合金為主，每一代都有自己的典型特點：
第一代航空鋁合金是靜強度鋁合金，主要是為了滿足飛機靜強度設計需求、伴隨著鋁合金沉淀硬化技術的發明而研發的合金，典型合金為2A12-T6，7075-T6等。
第二代航空鋁合金是高強耐腐蝕鋁合金，這是為解決鋁合金應力腐蝕失效引起的飛機失事而產生，飛機設計對鋁合金提出了耐腐蝕的需求，此時獲得耐腐蝕更好的T73、T76等過時效熱處理技術也研發出來，典型合金為7A09-T73/T74等。
第三代航空鋁合金是高強、高韌鋁合金，這是隨著飛機強烈的減重需求，對鋁合金的綜合性能提出的高要求，在合金純化和微合金化技術進步的推動下高強、高韌鋁合金研發成功，典型合金為7050，7475，2124等。
第四代航空鋁合金是高性能鋁合金，為了滿足飛機損傷容限設計和可靠性設計，在精密熱處理技術以及主合金成分優化設計與發展的推動下高性能鋁合金應運而生，這代鋁合金具有超高強、耐損傷、高強韌低淬火敏感性鋁合金等特點，典型代表合金為2E12，7B50，7A55，7A85等。在航空裝備發展需求的牽引下，隨著國內先進鋁合金生產裝備的配套建設及材料制備關鍵技術的突破，國內四代航空鋁合金已經實現工業化穩定制備并裝機應用，國內航空鋁合金的研制與生產應用已經達到國際先進水平。
展開 巴氏合金(Babbitt metal)是具有減摩特性的錫基和鉛基軸承合金。由美國人巴比特發明而得名。因其呈白色，又稱白合金。
成分及特點
巴氏合金(Babbitt metal)的主要合金成分是錫、鉛、銻、銅，用以提高合金強度和硬度。巴氏合金的組織特點是，在軟相基體上均勻分布著硬相質點，軟相基體使合金具有非常好的嵌藏性、順應性和抗咬合性，并在磨合后，軟基體內凹，硬質點外凸，使滑動面之間形成微小間隙，成為貯油空間和潤滑油通道，利于減摩；上凸的硬質點起支承作用，有利于承載。
巴氏合金的金相組織，化學成分成分為銻(10 —12) %，銅(5,5 —6,5) %，基體為錫
用途
巴氏合金除制造滑動軸承外，因其質地軟、強度低，常將其絲或粉噴涂在鋼等基體上制成軸瓦使用。巴氏合金通常分錫基(見錫合金)和鉛基合金兩種。后者含銻10％～20％，錫5％～15％，為防止成分偏析和細化晶粒，還常加入少量的砷。鉛基合金的強度和硬度比錫基合金低，耐蝕性也差。
滑動軸承中的油膜潤滑
標準及牌號
按GB/T 1174-1992 鑄造軸承合金的相關規定，巴氏合金可以分為錫基合金和鉛基合金兩種。
鉛基合金的強度和硬度比錫基合金低，耐蝕性也差。所以客戶在使用巴氏合金的時候，通常選用錫基合金，其常用的牌號有ZSnSb11Cu6、ZSnSb8Cu4、ZSnSb8Cu8等。盡管鉛基合金的性能沒有錫基合金好，但是有許多客戶仍然選擇使用，因為它使用起來比較經濟，其常用的牌號有ZPbSb16Sn16Cu2、ZPbSb10Sn6等。
展開 背景介紹
由于鎂的晶體結構為密排六方，在變形過程中鎂合金極易產生嚴重的基面織構，導致其變形型材的力學性能具有比較嚴重的各向異性，最終影響其使用性能。Li的加入能改變鎂合金晶胞的軸比及其晶體結構，而稀土元素能與Mg以及其他合金元素形成金屬間化合物，并通過第二相與基體的相互作用來提高合金性能，同時弱化合金基面織構。
研究出發點
釔、鈰，作為鎂合金常用的合金化元素，單一添加時能有效強化鎂鋰合金的性能和弱化基面織構。交叉軋制制備出的板材組織均勻性更高，力學性能提升更加明顯且各向異性有所減弱。基于這些特點，本研究以通過合金化和變形加工調控各向異性作為研究出發點，以期獲得各向異性可控和優良成型性的超輕鎂鋰合金材料。
圖文解析
1 復合添加稀土元素對于合金微觀組織的影響
隨著合金化元素含量及種類的改變，板材的相組成亦在變化（如圖1所示）。結合XRD和SEM結果可知，Mg-8Li-Al合金主要具有α-Mg和β-Li雙相組織；而分別單獨添加Y、Ce時，基體中會析出Al
2Y或Al
2Ce相；當兩種稀土元素復合添加時，第二相的主要成分則為Al
2(Y, Ce)相，隨著第二相的形成，晶界的遷移被阻礙，基體相得以細化。當Y/Ce復合添加的含量大于1.5%時，第二相開始富集，其釘扎作用變低。
展開 另一種早期合金是2014(Al-4.4Cu-0.5Mg-0.9Si-0.8Mn)，在人工時效（T6）條件下，其屈服強度比硬鋁高出約50%。通過在人工時效（T8回火）之前對這些合金進行冷加工，可以進一步提高強度。
基于Al-Cu系合金在高溫下具有優異的蠕變強度。一個例子是2618合金(Al-2.2Cu-1.5Mg-1.1Fe-1Ni-0.2Si)，用于協和式飛機（由法國宇航和英國飛機公司聯合研制的中程超音速客機）的蒙皮和大部分結構。
另一種是2219合金(6.3Cu-0.3Mn-0.1V-0.18Zr)，它是可焊接的，并已被用于一些太空飛行器的燃料箱。從這種合金中發展出幾個實驗成分，其中含有少量的Ag和Mg，它們促進了一種稱為Ω相的相對穩定沉淀的形核，該沉淀在{111}α基體晶面上形成細小分散的薄板。
它的穩定性歸因于這些元素在沉淀物/基體界面上的偏析，這限制了板材在200°C左右的溫度下粗化。試驗表明，Al-Cu-Mg-Ag合金的蠕變性能優于商用2000系列合金。在未時效狀態下，一種合金(Al-5.6Cu-0.45Mg-0.4Ag-0.3Mn-0.18Zr)在130°C和200 MPa應力下暴露20000h后顯示出零二次蠕變。
3.2 Al-Mg-Si 合金
盡管早期的實驗未能實現二元Al-Mg和Al-Si合金的時效硬化反應，但對三元Al-Mg-Si合金的熱處理嘗試是成功的。
第一種合金是6051(Al-0.5Mg-1Si)，1921年引入美國。6051合金雖然強度不如2017，但更容易制造，并且具有更高的耐腐蝕性。
許多變形Al-Mg-Si合金已經被開發出來，它們已經成為最廣泛應用于擠壓型材的通用合金。事實證明，這些簡單合金的時效過程是最令人費解的。
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合金的最新內容
Vanta Element：標準版配置，能夠快速識別不銹鋼、低合金鋼和銅合金等常見金屬，通常在幾秒內即可完成牌號匹配。
Vanta Element-S：升級版配置，通過優化硬件增強了對輕元素（Mg, Al, Si, P, S）的探測能力，使能夠更準確地分析鋁合金和精密不銹鋼成分，防止因雜質元素超標導致的材料失效。
形狀記憶合金（SMA）能夠在發生大變形后不產生殘余應變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復（形狀記憶效應）。偽彈性和形狀記憶效應使其特別適用于航空航天、生物醫學和結構工程等領域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1.
例如，鋁合金的陽極氧化處理（本質屬于電化學鈍化的延伸），通過電解作用在表面形成厚度均勻的氧化膜，不僅提升耐腐蝕性，還能通過染色實現多樣化外觀效果。
三、鈍化膜形成的兩大理論機制
關于鈍化膜的形成原理，普遍認可成相膜理論和吸附理論，兩種理論從不同角度解釋了鈍化現象的本質，相互補充、缺一不可。
對于從事鋁合金、鎂合金等具有顯著各向異性材料研究的同學來說，VPSC是預測材料在復雜加工路徑下表現的有力工具。然而，原生的 VPSC 通常是針對均勻變形設計的，面對實際工程中復雜的幾何邊界和非均勻變形（如軋制、沖壓），它需要一個更強大的載體。
Abaqus 作為有限元分析（FEA）的標桿，擅長處理復雜的邊界條件和幾何接觸。
文章名稱《A three dimensional (3D) thermo-elasto-viscoplastic constitutive model for FCC polycrystals》
DOI：10.1016/j.ijplas.2015.04.001
在鋁合金、鎂合金等輕質材料成形過程中，溫度往往不是一個可以忽略的因素。
對于高溫合金、鋁合金薄壁件、微尺度構件等問題，如果材料存在明顯織構或晶粒尺度效應，將晶體塑性與結構有限元耦合，能夠提供比傳統本構更豐富的物理信息。
我們可以將我之前推文提到的umat-taylor模型轉化為vumat子程序，進一步使用晶體塑性模型模擬大變形結構尺度材料變形行為。
這篇文章研究的對象，是 AZ31B 鎂合金在室溫條件下的塑性變形行為。作者關注的問題非常明確：為什么這種 HCP 結構材料在不同加載方向下，會表現出強烈的不對稱性、明顯的織構演化，以及非常突出的孿晶效應？換句話說，這篇文章不是簡單去擬合一條應力—應變曲線，而是試圖回答：鎂合金在室溫下究竟是靠哪些機制在變形，這些機制又如何共同決定宏觀響應。
鈦絲驅動技術（NiTiDrivetech）的可靠性設計
【前言】
形狀記憶合金（Shape memory alloy, SMA），也叫形態記憶合金、肌肉絲、鎳鈦記憶合金，它是由Ni（鎳）- Ti（鈦）材料組成，經過多道工序制成的絲，財哥簡稱鈦絲，可以通過電路驅動鈦絲發生運動。相比于傳統的電機、電磁鐵動力，鈦絲是一種新型的動力元件。
UMAT / VUMAT 的二次開發： 當標準材料庫無法覆蓋新興材料（如具有形狀記憶效應的鎳鈦合金、相變誘發塑性的TRIP鋼、或者超高周疲勞退化材料）時，最高階的仿真工程師必須依賴Fortran或C++編寫用戶自定義材料子程序（UMAT用于Abaqus/Standard隱式求解，VUMAT用于Abaqus/Explicit顯式求解）。
鈦絲驅動技術（NiTiDrivetech）的可靠性設計
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