6061再生铝合金的组织控制与性能研究

发布时间：2020-08-26 05:23

【摘要】：铝合金具有比强度高、易于回收等优点,被广泛应用于国计民生的诸多领域。随着铝用量的逐渐增加,废旧铝制品的回收与再利用迫在眉睫。6000系是用量最大的变形铝合金系列,在其重熔回收过程中易于引入Fe和Cu元素等杂质元素,从而增加铸造热裂倾向,降低性能。本文针对6061铝合金回收再利用过程中存在的问题,通过合金元素优化改善其组织,重点针对富Fe相的形态进行调控和变质,对调控后的再生铝合金板材进行轧制,并优化其热处理工艺参数,进一步研究其力学和耐磨特性。6061再生铝合金中Fe元素和Cu元素的含量显著高于商用标准6061铝合金,且有较多的杂质元素。再生铝合金组织中的粗大富Fe相主要为α-Al_(15)Fe_3Si_2和Al_(13)Fe_4,而颗粒状富Cu相主要为Al_5Cu_2Mg_8Si_6。分别采用Cr、Co、Mn、RE和Sr五种元素对6061再生铝合金进行变质处理。Mn元素进入到富Fe相中生成Al_(15)(FeMn)_3Si_2,使富Fe相细化;RE对熔体有净化作用,与再生铝合金中的Cu元素相互结合形成Al-Cu-RE。6061再生铝合金在0.8%Mn变质的基础上复合0.2%RE0.05%Sr,综合力学性能较佳。复合变质后进一步调整Mg/Si比并将Mg含量为增加至1.2%时,硬度和强度性能大幅度提升。较佳的复合变质体系为:0.8%Mn0.2%RE0.05%Sr1.2%Mg。复合变质有利于合金的凝固区间缩短并有效降低合金热裂倾向。变质后合金相及其凝固顺序为:α-Al(650.1℃)、Al_(13)Fe_4与Al_(15)(FeMn)_3Si_2的混合相(641.3℃)、Al_2Si_2Sr(623.4℃)、α-Fe(614.2℃)、Al-Cu-RE(600.7℃)、Mg_2Si(562.3℃)。与未变质的合金相比,复合变质后合金中的Al_5Cu_2Mg_8Si_6相转变为Al-Cu-RE相,富Fe相的相变潜热降低。复合变质后合金较佳的热处理工艺为:540℃固溶4h,180℃时效12h。合金表现出优异的力学和耐磨性能,其硬度和抗拉强度与未变质合金相比分别提高17.8%和15.6%,而摩擦系数降低17%,耐磨性能提高37.6%。再生铝合金的磨损机制主要为粘着磨损与磨料磨损,随着摩擦温度升高,氧化磨损加剧。复合变质同步实现6061再生铝合金热裂倾向降低和性能提升。研究结果对于再生铝合金的高品质化利用,特别是6000系变形铝合金再生制造的成品率和性能(耐磨性)提供了重要的理论和实验依据,可促进6000系再生铝在轻工模具制造领域的推广与应用。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG146.21
【图文】：

Fe 相的形貌：(a)铸造铝合金中 β-Fe，(b)铸造铝合金中 -Fe[26]，(c)变Fe[27]，(d)变形铝合金中 -Fe[28]orphologies of Fe-rich phases: (a) β-Fe in cast aluminum alloy，(b) -Fe in6]，(c) β-Fe in wrought aluminum alloy[27]，(d) -Fe in wrought aluminum1 可知，在铸造铝合金中的 β-Fe 相为长针状，比较粗大。而变晶界析出，相对细小。Cao 等人[29]认为，在铝熔体冷却凝固过以先析出的初生 -Fe 相为中心向四周生长。随着 Fe 含量的升 β-Fe 转变。当含 Fe≤0.9%时，铸造铝合金中富 Fe 相主要为 中析出针状 β-Fe 相，随着 Fe 含量的提高，针状 β-Fe 相不断。另外，富 Fe 相的形貌也与 Fe/Si 比值有关。当 Fe 含量相对合物 -Al8Fe2Si；而 Si 含量较高时，倾向于形成富 Si 化合物Si 含量对富 Fe 相形貌有着很大的影响，因此高硅和低硅的铝

生产及其应用：(a)回收的废杂铝，(b)再生铝合金成型的模具pplication of 6061 recycled aluminum alloy: (a) recyin aluminum alloy blank，(c) molds made of recycle容造法，基于合金化变质优化 6061 再生铝进行轧制与热处理工艺优化，最后系统研容如下：1 再生铝合金中的成分与组织特点，尤其是元素(Mn、Cr、Co)和吸附变质元素(RE、Sr)

MA-1600 型电子探针显微分析仪对未变质的 6061 再生铝合金及61 再生铝合金进行分析测试，实验参数为：加速电压 20KV，入射径为 0.5μm，可得到合金样品中元素分布区域和相对含量。凝固热分析凝固分析设备，主要由石墨坩埚容器、温度传感器、数据采集系模块组成。通过测量再生铝合金凝固过程中的温度变化曲线，可生相变的温度及相变时间，进而分析组织转变原因。本实验直接 30mm，启动温度测量系统。温度的测量范围是 400℃~700℃，次测量时放置两根电热偶丝测量温度，取其平均值作为最终数据

【参考文献】

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本文编号：2804758