Al、Si对高铝锌基合金组织及热疲劳性能的影响

发布时间：2017-04-06 08:14

  本文关键词：Al、Si对高铝锌基合金组织及热疲劳性能的影响，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文采用目前在工业生产中已广泛应用的ZA27合金(Zn-27Al-2.5Cu合金)作为第一类基体材料,此外,将合金的Al含量提高至38%,制备出ZA38合金(Zn-38Al-2.5Cu合金)作为第二类基体材料。在此基础上,向上述两类合金中添加不同含量的Si元素,制备出两组试样。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,研究不同含量的Al、Si元素对两组合金显微组织、组织中相的形态及分布、力学性能的影响,并分析其作用机理。利用自约束型冷热疲劳试验机进行热疲劳试验,研究Al、Si元素对高铝锌基合金热疲劳行为及性能的影响。试验结果表明:Zn-27Al-2.5Cu-x Si和Zn-38Al-2.5Cu-x Si合金的显微组织均由树枝状ɑ相(以铝为基的固溶体),枝晶间(α+η)共析组织,富Cu的ε相以及硬脆Si相组成。适量Si的添加有利于合金组织和性能的改善,当Si含量达到0.55%时,Zn-27Al-2.5Cu和Zn-38Al-2.5Cu合金组织细化程度最高,α相细小且分布均匀,ε相和Si相大小相对适中且均匀分布在枝晶间,合金综合力学性能最优。随着含Al量的提高,Zn-38Al-2.5Cu合金中α树枝晶增多,固溶强化作用增强,显微组织的细化程度较Zn-27Al-2.5Cu合金更高且各相分布更均匀,综合力学性能有所提高。Zn-27Al-2.5Cu和Zn-38Al-2.5Cu合金的热疲劳性能主要受合金的强度、塑韧性以及合金中硬脆Si相分布的影响。当Si添加量为0.55%时,合金的强度相对最高,综合力学性能最好,且Si相细小均匀分布于基体中,此时,热疲劳过程中合金的氧化程度最小,主裂纹萌生最慢且扩展速率最小,热疲劳性能相对最好。Zn-38Al-2.5Cu合金的热疲劳裂纹生长速率较Zn-27Al-2.5Cu合金有所减小,氧化程度较轻,热疲劳性能有所提高。Zn-27Al-2.5Cu和Zn-38Al-2.5Cu合金的热疲劳破坏主要体现在三个方面:一是主裂纹的生长,二是微裂纹以及各种缺陷的形成,三是合金的氧化,三者之间互相促进。在热疲劳裂纹扩展阶段,两组合金的主裂纹生长速率均呈先增大后减小,最终趋于稳定的趋势。微裂纹及缺陷的形成降低了锌基合金的强度,促进主裂纹的生长和氧化作用的进行。而易发生在晶界处的氧化现象会造成合金中Zn、Al含量的下降,合金强度随之降低,且氧化皮易发生脱落形成缺陷,促进裂纹沿着晶界生长,影响了合金的热疲劳性能。两组合金的高温氧化动力学关系均呈近似线性规律。
【关键词】：Zn-27Al-2.5Cu合金 Zn-38Al-2.5Cu合金 Si相 显微组织 力学性能 氧化现象 热疲劳
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.13
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论.12-27
• 1.1 选题背景12
• 1.2 高铝锌基合金概述12-18
• 1.2.1 高铝锌基合金简介与发展历程12-13
• 1.2.2 高铝锌基合金中合金元素的作用13-15
• 1.2.3 高铝锌基合金的性能改善15-16
• 1.2.4 高铝锌基合金的组织特点16-18
• 1.2.5 高铝锌基合金的发展趋势与应用18
• 1.3 热疲劳研究18-25
• 1.3.1 热疲劳研究的历史与现状18-19
• 1.3.2 热疲劳的定义与特征19
• 1.3.3 影响材料热疲劳性能的因素19-21
• 1.3.4 热疲劳裂纹萌生及扩展机理21-25
• 1.4 本课题研究的意义及内容25-27
• 第二章 试验部分27-33
• 2.1 试验方案27
• 2.2 试验材料及设备27-28
• 2.2.1 试验材料27
• 2.2.2 试验设备27-28
• 2.3 合金的熔炼与试样的制取28-29
• 2.3.1 合金的熔炼28-29
• 2.3.2 试样的制取29
• 2.4 热疲劳试验环境及原理29-30
• 2.5 显微组织观察与性能测试30-32
• 2.5.1 合金金相组织观察与分析30
• 2.5.2 SEM和EDS能谱分析30
• 2.5.3 拉伸试验30-31
• 2.5.4 硬度测试31-32
• 2.5.5 热疲劳抗力的测定32
• 2.6 结果分析32-33
• 第三章 Si对高铝锌基合金组织和力学性能的影响33-46
• 3.1 Si对Zn-27Al-2.5Cu合金显微组织和力学性能的影响33-39
• 3.1.1 Zn-27Al-2.5Cu合金铸态组织分析33-36
• 3.1.2 Si对Zn-27Al-2.5Cu合金组织的影响36-38
• 3.1.3 Si对Zn-27Al-2.5Cu合金力学性能的影响38-39
• 3.2 Si对Zn-38Al-2.5Cu合金显微组织和力学性能的影响39-45
• 3.2.1 Zn-38Al-2.5Cu合金铸态组织分析39-41
• 3.2.2 Si对Zn-38Al-2.5Cu合金组织的影响41-43
• 3.2.3 Si对Zn-38Al-2.5Cu合金力学性能的影响43-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第四章 Al对高铝锌基合金组织和力学性能的影响46-50
• 4.1 Al对高铝锌基合金凝固过程和组织的影响46-47
• 4.2 Al对高铝锌基合金力学性能的影响47-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第五章 Si、Al对高铝锌基合金热疲劳性能的影响50-75
• 5.1 Si对Zn-27Al-2.5Cu合金热疲劳性能的影响50-62
• 5.1.1 Zn-27Al-2.5Cu合金热疲劳裂纹生长方式50-51
• 5.1.2 不同Si含量的Zn-27Al-2.5Cu合金热疲劳裂纹的生长行为51-57
• 5.1.3 Si对Zn-27Al-2.5Cu合金热疲劳抗力的影响57-59
• 5.1.4 不同Si含量的Zn-27Al-2.5Cu合金的热疲劳氧化行为59-62
• 5.2 Si对Zn-38Al-2.5Cu合金热疲劳性能的影响62-72
• 5.2.1 Zn-38Al-2.5Cu合金热疲劳裂纹生长方式62-63
• 5.2.2 不同Si含量的Zn-38Al-2.5Cu合金热疲劳裂纹的生长行为63-69
• 5.2.3 Si对Zn-38Al-2.5Cu合金热疲劳抗力的影响69-71
• 5.2.4 不同Si含量的Zn-38Al-2.5Cu合金的热疲劳氧化行为71-72
• 5.3 Al对高铝锌基合金热疲劳性能的影响72-73
• 5.4 本章小结73-75
• 第六章 结论75-77
• 参考文献77-84
• 致谢84-85
• 攻读硕士学位期间发表论文85

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