Al-Si-Li-Mg合金组织与性能的研究

发布时间：2020-10-25 19:57

　　 铝锂合金作为新型轻质高强铝合金在航空航天等领域有着广泛的应用,在铝锂合金的发展过程中还依然存在其自身的局限。本课题创新性的将Si作为铝锂合金中主要合金元素,探索开发新型铝锂合金体系。通过改变Al-Li-Si-Mg合金中的Si含量,分析合金铸态组织改变规律,然后再固定3%Si含量,增加Li含量,分析合金铸态组织变化规律,以求进一步减轻合金的质量。并且对Al-yLi-3Si-Mg合金的热处理工艺,力学性能,密度等进行了研究,研究表明:Al-3Li-Mg合金中加入3%Si之后,合金析出新相AlSiLi,与α-Al形成共晶组织。Si含量超过3%后,Al-3Li-xSi-Mg铸态组织中开始析出块状初生AlSiLi相,随Si含量逐渐增加,块状相尺寸逐渐增大,且趋向三角形状。Si含量的增加对合金的密度几乎没有影响。Al-3Si-Mg合金中添加1.5%Li之后,单质Si和Mg_2Si相的析出被抑制,合金开始析出AlSiLi相。且随锂含量增加,AlSiLi相含量增加。当锂含量为3.5%时,AlLi相析出,AlSiLi相含量减少,AlLi相极易发生氧化,在晶界呈黑色斑块状连续分布。当锂含量增加到5.5%后,合金主要由α-Al和AlLi相两相组成,AlSiLi相基本上消失。锂含量增加合金密度明显降低。共晶AlSiLi相为难溶解相,其向基体中的溶解度随温度的升高和均匀化时间的延长逐渐增加,在550℃下均匀化处理16 h时有较好的溶解表现。AlLi相为易溶解易氧化相,在530℃下均匀化处理16 h时可以完全溶解掉。Al-3Li-3Si-Mg合金过烧点介于550℃与605℃之间,最佳热处理工艺为550℃固溶16 h+185℃时效12 h。Al-3Li-3Si-Mg合金人工时效态维氏硬度随时效温度升高而增加,时效硬化曲线呈现双峰特性。
【学位单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TG146.21;TG156
【部分图文】：

离子在晶界偏析，防止脆性断裂，提高合金韧性。但Be会引起晶粒变粗，所以需要与Ti，Zr元素同时加入。图1.1 铝锂合金二元相图Sc即是过渡族金属元素，又是稀土元素，所以Sc在铝及铝合金中兼具这两类元素的作用[28]。在铝锂合金中添加少量Sc可以形成共格Al3Sc粒子，当同时添加Sc和Zr后，还可形成三元共格相[29]。经常用Sc进行合金的变质处理，且Sc比Na的变质时间更长。Sc的加入使合金中出现了初生和次生Al3Sc颗粒，时效过程中Al3Li相依附在次生Al3Sc颗粒上析出并长大形成复合沉淀相[30]。1.5 铝锂合金强韧化机理铝锂合金的强化主要来源于第二相强化(时效析出相强化和过剩相强化)和固溶强化。由于锂的化学活性太高，在熔炼铸造时易氧化，易吸氢，导致合金中的夹渣物，杂质，氢含量不易消除，氢含量较高使晶界脆化是合金韧性低的一大原因。

立方的取向关系，当粗大到较大直径后，与基体呈共格关系。它与 -Al 的晶格错配度小，据报道在 0.08%~0.3%范围。在二元 Al-Li 合金中，高于 ˊ固溶线温度退火且低于固溶线温度过时效，会在晶粒内和晶界上形成 (AlLi)相。大部分 AlLi 相被约束在晶界地区。用 X 射线技术研究表明，AlLi 相为 B32(NaT1)立方结构，晶格参数为 0.637nm。1.7.2 θˊ(Al2Cu)和 T1(Al2CuLi)往铝锂二元合金中添加铜，将在人工时效过程中析出 θˊ(Al2Cu)和 T1(Al2CuLi)，其中 Al2Cu 相只能在 Cu：Li 大于 1：3 的合金中观察到。图 1.2 为铝铜二元合金相图，Al2Cu析出物的析出序列为：过饱和固溶体→Ⅰ型 GP 区(Al7Cu，Al3Cu)→Ⅱ型 GP(Al3Cu)→θˊ(Al2Cu)→θ(Al2Cu)。θˊ(Al2Cu)相与铝基体共格，晶体结构为 14/mcm，a=0.607，c=0.488。在 Al-Li-Cu 系合金中 T1(Al2CuLi)首次被识别出，1987 年 Huang 和 Ardell 通过电子衍射和 X 射线衍射，结合赤平面投影的方法详细研究了 T1(Al2CuLi)的晶体结构。他们判断T1 晶体结构为六边形，a=0.4965nm，c=0.9345nm，其可能的空间群为 P622、P6mm、P6/mmm、Hardy 和 Silcock(1955-1956)也确认了 T1 与基体的取向为：(0001)T1//{111}Al和<1010>T1//<110>Al。

图 2.1 拉伸试样尺寸表 2.2 本实验方案所使用的实验设备及其型号设备名称 设备用途 设备型号光学金相显微镜 金相组织观察 OLYMPUS GX71扫描电子显微镜 高倍金相显微分析 Zeiss-Sigma(Oxford X-MaxN)X 射线衍射仪 合金物相分析 Smart Lab差式扫描量热仪观察合金加热过程中的热效应，探索合金热处理过烧点的温度Labsys-1600坩埚式电阻炉 熔炼合金原材料 SG2-9-5箱式电阻炉 合金试样固溶热处理实验 SRJX电热鼓风干燥箱合金试样时效热处理实验及覆盖剂的干燥DFH-3液压拉伸试验机 合金拉伸试样力学性能实验 Gotectch AI7000LA20数显维氏硬度计 合金试样硬度检测 HVS502.10 本章小结
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本文编号：2855888