高强Al-Ni系铸造铝合金的挤压铸造及强化机制

发布时间：2020-06-12 12:52

【摘要】：为了开发新的高强铸造铝合金材料,分别采用3种铸造工艺,砂型铸造、金属型铸造和挤压铸造,制备了一种以Al-Ni共晶体系为基础的AlZn6Ni4Mg2Cu铸造铝合金材料。研究了Ni元素、热处理和铸造工艺对其微观组织、力学性能的影响规律,揭示了其强化机制。结果表明:4%(质量分数)的Ni在该铝合金中形成了大量的共晶组织(α-Al+Al_3Ni),同时改善其力学性能和铸造性能,起到了共晶强化的作用;固溶和时效热处理导致Al_3Ni相的球化和MgZn_2相的时效析出,提高了该铝合金的强度;相比砂型铸造和金属型铸造,挤压铸造时该铝合金的晶粒和Al3Ni相最细小,力学性能最佳,抗拉强度为586 MPa,断后伸长率为3.5%。由此得出:AlZn6Ni4Mg2Cu铸造铝合金的强化机制为η(MgZn_2)相的时效强化和Al_3Ni相的弥散强化,挤压铸造加T6热处理后,该铝合金的力学性能达到最佳值。
【图文】：

u铸造铝合金热处理后的微观组织。可见，Ni元素的添加在该铝合金中形成了大量的Al3Ni相，有些呈短条状，尺寸为10~20m，而另一些呈点状，尺寸为2~5m。2.2.2Ni元素的添加对AlZn6Ni4Mg2Cu铸造铝合金力学性能的影响Al3Ni相具有较高的强度和硬度，弹性模量为116~152GPa，抗拉强度为2160MPa[8]。采用显微硬度计测量该铝合金中Al3Ni相和-Al的硬度，Al3Ni相的显微硬度（HV0.01）为5130MPa，铝基体的显图1AlZn6Ni4Mg2Cu铸造铝合金铸态的XRD图谱Fig.1XRDpatternofAlZn6Ni4Mg2Cuas-castaluminumalloy图2AlZn6Ni4Mg2Cu铸造铝合金的背散射电子照片Fig.2SEMbackscatterelectronimagesofcastAlZn6Ni4Mg2Cualuminumalloy:(a,c)as-castand(b)T6heattreatment102030405060708090050010001500200025003000Inetnstiy/pcs2/(o)-AlAl3Niabc15μmSpectrum7

金的挤压铸造及强化机制·3527·表2图2中挤压铸造AlZn6Ni4Mg2Cu铝合金的能谱分析结果Table2EDSresultsofcastAlZn6Ni4Mg2CualuminumalloysbysqueezecastinginFig.2ConditionPositionsContentsofelement/at%PossiblephasesAs-castSpectrum1Ni32.55,Al67.45Al3NiSpectrum2Cu21.23,Al78.77Al2CuSpectrum3Mg2.44，Zn3.22,Al94.34-AlSpectrum7Zn67.25,Mg32.75MgZn2T6heattreatmentSpectrum4Ni25.26,Al74.74Al3NiSpectrum5Ni28.44,Cu20.34,Al51.23Al3NiCuSpectrum6Mg2.92,Zn2.53,Al94.55-Al图3AlZn6Ni4Mg2Cu铸造铝合金T6热处理的SEM照片Fig.3SEMimageofcastAlZn6Ni4Mg2CucastingaluminumalloyafterT6heattreatment微硬度（HV0.01）为1320MPa，Al3Ni相的硬度约是铝基体的4倍。Wang和Belov等人分别在Al-6%Zn-2%Mg-1%Cu铝合金和Al-5%Zn-1.6%Mg铝合金的基础上加入不同含量的Ni，随着Ni含量的增加，抗拉强度也随之增大[9,10]。图4为AlZn6Ni4Mg2Cu铸造铝合金的拉伸断口形貌。在断口上有许多韧窝、撕裂棱，，在韧窝的中心存在Al3Ni相。Al3Ni相大孝形态的不同造成该相断裂方式不同，短条状的Al3Ni相自身断裂，如图4a所示；点状的Al3Ni相沿与铝基体的接触界面处撕裂，露出光滑的表面，如图4b所示。可知，Al3Ni相在该铝合金中起到了弥散强化作用，Ni元素的添加提高了该铝合金的强度。2.2.3Ni元素的添加对铸造性能的影响图5为AlZn6Ni4Mg2Cu铸造铝合金的差热分析曲线，其中图5a为挤压铸造AlZn6Ni4Mg2Cu铸造铝合金铸态的升温曲线，在473℃存在1个吸热峰，表示挤压铸造条件（非平衡凝固条件）下存在低熔点的共晶相。图5b为缓慢凝固（10℃/min）条件下的降温曲线，这种凝固条件下可?

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