AlCuFe系准晶在铝基复合材料中的应用

发布时间：2018-05-04 00:00

本文选题：AlCuFe准晶 + 冷却速度　；参考：《中北大学》2017年硕士论文

【摘要】：Al-Si合金因为其具有密度小、比强度好、导热性能好、易于成型等优点被广泛应用于工业各个领域中。然而随着时代的发展,航空航天还有汽车制造业对铝硅合金的性能有了更高的要求,同时铸造铝硅合金中初晶硅粗大的问题严重降低了铝合金的性能。但是通过向合金中添加增强颗粒的办法可以有效细化晶粒并提高铝硅合金的强度。而AlCuFe准晶因为其优异的硬度、高的耐磨性还有与铝合金基体优良的润湿性使其特别适合作为铝硅合金的强化相。本文首先通过传统铸造法分别制备了Al64Cu24Fe12准晶合金,并研究了冷却速度对制备Al64Cu24Fe12准晶的影响,结果显示:铸态时,试样中的主要组成相基本相同为λ((Al-Cu)13Fe4)、I(Al64Cu24Fe12)、β(τ)(Al(Fe,Cu))、η(AlCu)相。其中冷却速度越大准晶合金的微观组织晶粒越细小,对先析出相λ相的抑制越明显。经过820℃保温6 h热处理后所有试样中都得到成分趋于单一的I相。而与其他试样相比,冷却速度最快的试样表面组织形貌更加平整,I相更加均匀单一化。制备出高纯的准晶颗粒后,我们通过挤压铸造法和适当的热处理工艺制备了Al64Cu24Fe12准晶增强ZL101复合材料,并用金相显微镜、扫描电镜以及能谱仪研究了复合材料的微观组织。结果发现在制备的复合材料中几乎没有准晶相的残留,而是生成了另一种强化相β(Al65-75Si13-26Fe3-10)相。但是随着准晶颗粒的加入复合材料的性能却得到了极大的提升。纯的ZL101合金经过热处理后的抗拉强度为209 Mpa,加入4 wt.%、7wt.%、10 wt.%和13 wt.%的准晶颗粒后抗拉强度分别增大到230、265、355和244 Mpa,与之相应的,当加入10 wt.%的准晶时复合材料的硬度达到最高的146.89HV。然而大于10 wt%的准晶颗粒时准晶颗粒发生了团聚现象,这使得复合材料的整体性能下降。在本文中,我们还通过用Cr原子替换Al64Cu24Fe12准晶中部分Fe原子的方法制备出了“四元准晶相”—Al65Cu20Fe10Cr5相。并用扫描电镜、X射线衍射法、透射显微镜深入分析了该相的微观组织和结构特点。结果发现在该相中二十面体准晶相和二维十次准晶相的电子衍射结构同时存在。这说明Al65Cu20Fe10Cr5相实质上是两种相的混合体。说明Cr元素的加入使部分稳定的准晶I相分解而转变为十次准晶d相。此外,通过金相显微镜、X射线衍射法、扫描电镜以及差示扫描量热仪等检测方法研究了Al64Cu24Fe10Cr2和Al64Cu24Fe8Cr4合金在升温过程中的相转变过程,从而确定了合适的热处理工艺(870-900℃保温0.5h后水淬)来得到几乎纯的准晶I相和d相。制备出高纯度的AlCuFeCr准晶后,我们通过与AlCuFe准晶相同的工艺将它加入到ZL101合金中,结果发现制备的复合材料的微观组织和相组成基本没有发生变化。力学性能相较于纯的ZL101而言有了巨大提升,抗拉强度提升了39.71%,延伸率提高了56.96%,硬度提高了41.11%。但整体性能的提升不如AlCuFe准晶,因此AlCuFe准晶比AlCuFeCr准晶更适合作为提升ZL101合金性能的外加颗粒。
[Abstract]:Al - Si alloy has been widely used in various industrial fields due to its low density , good specific strength , good thermal conductivity and easy formation . The phase transformation of Al64Cu24Fe10Cr2 and Al64Cu24Fe8Cr4 alloys has been investigated by means of SEM , X - ray diffraction and transmission microscope . It is found that the microstructure and phase composition of Al64Cu24Fe10Cr2 and Al64Cu24Fe8Cr4 alloys have not changed at the same time .

【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB33;O753.3

【参考文献】