Zr、V对挤压铸造Al-5.0Cu-0.4Mn合金微观组织与力学性能影响的研究

发布时间：2019-02-24 15:53

【摘要】：高强韧Al-Cu系铸件合金在交通、机械、航空等众多领域有广泛的用途,如何最大限度提升铸造Al-Cu系合金的综合性能一直是该类合金的研究重点和热点课题。挤压铸造作为一种高效的金属材料近净成形技术,易于实现组织致密和消除铸造缺陷,不仅能够制造出复杂的零件,而且铸件表面质量高,是实现铝合金铸件强韧化的有效途径。此外,微合金化也是提高Al-Cu铝合金强韧化的重要途径。本文将挤压铸造技术与微合金化有机结合,以Al-5.0Cu-0.4Mn合金为对象,采用拉伸力学性能测试、宏观腐蚀、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和透射电镜(TEM)等手段,重点研究了微量元素Zr、V对含与不含Ti、RE的挤压铸造Al-5.0Cu-0.4Mn合金微观组织和力学性能的影响,并与重力铸造条件下的相应合金进行了对比分析。最终优化出综合性能最佳的合金成份,最后基于该合金成份开展了挤压铸造重载车轮的试制。主要结论如下:(1)针对铸态Al-5.0Cu-0.4Mn合金,无论是挤压铸造还是重力铸造,在Zr含量为0.25%时,合金获得最佳的抗拉强度、屈服强度和伸长率;而对于热处理态Al-5.0Cu-0.4Mn合金,当Zr含量从0增加到0.25%时,合金的抗拉强度和屈服强度都随着Zr含量的增加而显著增加,但伸长率在Zr含量为0.15%达到最大值。挤压铸造可以显著改善不同Zr含量合金的伸长率,且对铸态合金伸长率的提升幅度明显优于热处理态合金。Zr在含与不含Ti、RE的铸态Al-5.0Cu-0.4Mn合金中的强化作用主要是细晶强化,而T6热处理后,固溶强化以及二次Al_3Zr粒子和θ'(Al_2Cu)相的弥散强化是主要强化机制,挤压铸造可以显著改善Al_3Zr粒子的弥散强化效果。Zr对θ'和T(Al_(20)Cu_2Mn_3)相的析出影响不明显;挤压力能够促进θ'相的析出,然却抑制了T相的析出。(2)无论是挤压铸造还是重力铸造,随着V含量的增加,铸态Al-5.0Cu-0.4Mn合金中的抗拉强度、屈服强度曲线呈现抛物线状变化,在V含量为0.25%时达到峰值,但伸长率在V含量低于0.25%时没有明显变化,当V含量超过0.25%时急剧下降。T6热处理后的Al-5.0Cu-0.4Mn合金中,抗拉强度、屈服强度和伸长率均在V含量为0.25%时达到峰值。V在铸态Al-5.0Cu-0.4Mn合金中的细化效果不如Zr。T6热处理后,V能够促进θ'相的析出,然当V含量高于0.25%时对T相的析出具有抑制作用。V主要是固溶在α(Al)基体和T相中,过量V产生的初生块状Al_(10)V在热处理后其形貌与成份均未发生明显变化。(3)针对添加了0.1%Ti和0.1%RE的Al-5.0Cu-0.4Mn合金,无论是重力铸造还是挤压铸造,T6热处理后,Zr含量为0.15%时合金的综合性能最优。V含量为0.25%时,合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率均达到峰值。而同时添加Zr和V时,合金在Zr含量为0.05%、V含量为0.15%时的综合力学性能最好,100MPa挤压铸造条件下,合金的抗拉强度为462MPa,屈服强度为365MPa,伸长率为18.6%。Zr含量增加到0.15%后会产生“Zr中毒”,添加0.05%V即析出初生块状含Ti和RE的Al_(10)V,且随着V含量增加,其数量和尺寸增大,挤压铸造未能消除合金中的“Zr中毒”现象,也未对含Ti、RE的Al_(10)V数量及形貌产生明显影响。(4)基于综合性能最优的合金成份Al-5.0Cu-0.4Mn-0.1Ti-0.1RE-0.05Zr-0.15V,开展了挤压铸造重载车轮的试制。在基于数值模拟等工艺优化的基础上,采用多极压射模式,获得了性能较好的铸件,T6热处理后的铸件性能显著优于目前常用A356合金铸件的力学性能。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG249.2

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本文编号：2429695