多元Al-Si合金成分优化及其热疲劳性能的研究

发布时间：2019-11-21 14:13

【摘要】：本文实验是在多元Al-Si合金的基础上展开。通过调节合金中Mn的百分含量,并借助显微组织观察、力学性能测试等途径,研究出综合力学性能最佳的合金材料。随后对合金进行T6(固溶时效)处理,并借助OM、SEM、EDS等检测设备进行观察分析并进行相关力学性能测试,探究时效时间对合金力学性能、显微组织、第二相的形态及分布的影响,并分析总结其强化形成机理。利用自约束型冷热疲劳试验机进行热疲劳试验,研究不同热处理状态下合金疲劳裂纹萌生及传播规律。试验结果表明:Mn的添加量对合金的力学性能影响较为复杂。随着Mn含量的增加,基体中粗大弥散相体积分数逐渐增加,进而细小弥散分布的析出相起到弥散强化的效果而促进合金抗拉强度的提高。当Mn含量达到0.4%时,合金抗拉强度达到最高值285MPa。此时固溶到α-Al基体中的Mn原子在细化晶粒的同时,通过晶格畸变而提高了晶格畸变能,而显著提升合金硬度。随着Mn原子的过多加入,合金组织中网状结构被破坏,出现了粗大树枝晶。当Mn含量达到0.55%时,过量的Mn与Al结合形成粗大硬脆的Al6Mn相导致合金抗拉强度急剧下降,同时合金延伸率也随之降低。Al-Si合金在T6处理过程中,含有Cu、Mg的溶质原子的过饱和固溶体在时效过程中分解成细小弥散分布的析出强化相Al2Cu和Mg2Si,阻碍了溶质原子在晶界间移动,从而使合金力学性能得到显著改善。结合合金力学性能测试发现,合金的时效时间达到6h时各项综合力学性能最好,抗拉强度由铸态的285MPa提升到368MPa。当时效时间超过6h时,随着析出相粗化,合金力学性能而逐渐下降。Al-Si合金的疲劳性能主要与材料本身的塑韧性、显微组织结构、析出物尺寸及分布有关。T6处理之后随着共晶Si球化,脆性Si颗粒对α-Al基体的割裂作用减小,提升了疲劳裂纹传播的阻力。时效处理6h,随着基体组织及第二相形态及分布的均匀化,提高了裂纹扩展所需的驱动力,阻碍了裂纹在晶界处传播,降低了疲劳裂纹扩展速率,提高了合金的疲劳抗性。在疲劳裂纹扩展阶段,随着循环热应力持续施加,富集在晶粒边界的脆性过剩相颗粒常常从α-Al基体边界脱落,界面之间的结合力被循环应力削弱,疲劳裂纹通常在基体与第二相周围的薄弱区长大,显微孔洞逐渐形成并演变成疲劳裂纹。同时随着氧元素在缺口处富集,大量的晶间氧化物削弱了原子间结合力,氧在热应力作用下在疲劳裂纹扩展区域扩散,并逐渐演变成疏松区,加快了疲劳裂纹的扩展。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG146.21

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 Giordano CAMICIA;Giulio TIMELLI;;重力铸造汽车气缸盖用AlSi7Cu3Mg二次合金的晶粒细化（英文）[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2016年05期

2 刘光磊;司乃潮;孙少纯;吴勤方;;细化变质处理对铸造Al-7.5Si-4Cu合金力学性能和组织的影响(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2014年04期

3 吴私;王旭;周吉学;刘运腾;李卫红;张国福;唐守秋;;铝合金疲劳性能的研究进展[J];金属世界;2013年04期

4 张志坚;司乃潮;孙少纯;刘光磊;吴勤方;;ZAlSi_7Cu_4在不同工艺条件下的热疲劳裂纹生长[J];中国有色金属学报;2012年11期

5 黄晓锋;冯凯;谢锐;;Mg及Mn元素对Al-Si合金显微组织和力学性能的影响[J];中国有色金属学报;2012年08期

6 王守仁;马茹;王英姿;王勇;杨丽颖;;铸态亚共晶Al-Si合金中初生硅的生长机制(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2012年06期

7 A. K. GUPTA;B. K. PRASAD;R. K. PAJNOO;S. DAS;;T6热处理对共晶Al-Si合金力学性能、耐磨和抗蚀性能的影响(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2012年05期

8 盛晓菲;杨文超;夏承东;龚静;汪明朴;李周;张茜;;T6时效和T6I6时效对6005A铝合金微观组织和性能的影响[J];中国有色金属学报;2012年05期

9 韩念梅;张新明;刘胜胆;何道广;张荣;;固溶处理对7050铝合金强度和断裂韧性的影响[J];中南大学学报(自然科学版);2012年03期

10 李培跃;熊柏青;张永安;李志辉;;AA7050高强铝合金在固溶淬火过程中的温度变化及固溶制度(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2012年03期

相关博士学位论文 前2条

1 李庆林;过共晶AL-20%Si合金Si相形态的演变及性能研究[D];兰州理工大学;2014年

2 朱宝宏;2139铝合金热处理工艺及组织性能研究[D];北京有色金属研究总院;2011年

相关硕士学位论文 前2条

1 蒋建辉;7056铝合金热处理工艺与组织性能研究[D];中南大学;2012年

2 饶晓晓;A356铸造铝合金热处理强化工艺研究[D];华中科技大学;2007年

，

本文编号：2564037