NiNbTi非晶孕育处理ZL205A的组织演变规律和强化机制

发布时间：2017-11-03 12:18

  本文关键词：NiNbTi非晶孕育处理ZL205A的组织演变规律和强化机制

  更多相关文章： ZL205A合金 Ni-Nb-Ti非晶 组织 室温力学性能 高温力学性能

【摘要】：铝合金因具有密度小和高强韧等诸多优点而吸引了世界各国科研人员的关注，但铝合金的室温和高温强韧性、抗蠕变等性能还远远不能满足航空航天、重工、交通运输等领域的要求。为了满足制造业发展需求，铝合金的综合性能需要进一步提高。变质处理是提高铝合金强塑性常用的方法，以往的研究中用于变质处理铝合金所用的变质剂都是晶态的，用非晶合金作为变质剂来变质处理铝合金细化组织和提高力学性能的研究工作目前还较少，非晶变质处理铝合金的机制还不清楚。因此，本文采用Ni-Nb-Ti非晶条带做变质剂，研究Ni-Nb-Ti非晶对ZL205A合金中α-Al枝晶和Al2Cu沉淀析出相的形态、尺寸、数量、分布对强韧性的影响规律与作用机制。实现对高强韧变质铸造Al-Cu合金凝固组织演化过程及组织的优化与控制，建立组织与性能之间的关系。为发展先进的高强韧铸造铝合金与其它体系合金材料及其制备新技术奠定一定的理论基础。本文的主要研究结论如下： 1)研究表明，以20K/min的升温速率进行DSC测得Ni60Nb25Ti15非晶的玻璃转变温度Tg为840K，晶化开始温度Tx为884K，熔点Tm为1324K以及过冷液相区△T为44K。Ni60Nb25Ti15非晶在退火和球磨处理晶化后，，主要晶化相为NiTi、Nb0.1Ni0.9和Nb0.03Ni3Ti0.97相。利用JMA方程算得Ni60Nb25Ti15非晶合金的表观激活能为24.3KJ/mol，利用Kissinger方程计算的激活能Eg=809.4KJ/mol、Ex=625.4KJ/mol，与Ozawa方法求得的激活能相差不大。 2)研究发现，Ni-Nb-Ti非晶对ZL205A合金中α-Al枝晶、θ′析出相、室温强韧性的影响规律及强化机制如下： i.发现非晶变质铝合金的细化效果显著，α-Al枝晶更发达，未变质合金α-Al枝晶尺寸在100-200m之间，变质合金中枝晶的尺寸随着加入量的增加先减小后增大，添加0.05wt.%Ni-Nb-Ti非晶时枝晶尺寸最小，为39μm。 ii.发现随着Ni-Nb-Ti非晶加入量的增加，变质合金的室温力学性能均高于变质合金的室温力学性能，呈先增大后减小的变化规律。添加0.05wt.%Ni-Nb-Ti非晶、时间为30min时，ZL205A合金的抗拉强度和断裂应变均达到峰值，为534.3MPa和13.36%，分别比未变质合金提高了13.2%和99.4%。 iii.Ni-Nb-Ti非晶变质ZL205A合金的室温强化机制：α-Al枝晶的细晶强化和θ′析出相的析出强化。细晶强化：0.05wt.%Ni-Nb-Ti非晶变质处理的ZL205A的平均晶粒尺寸由160m细化为39m，晶粒尺寸越小，晶界密度越大，对位错运动的阻碍作用越强，合金断裂前能承受更大的塑性变形，合金的强塑性得到提高。析出强化：变质合金中的θ′析出相更细密、更均匀。经0.05wt.%Ni-Nb-Ti非晶变质后，合金中θ′相的长度由100-300nm细化为20-150nm，厚度由5-20nm减为4nm。变质铝合金中Orowan强化效果更明显，合金的室温拉伸性能提高。 3) Ni-Nb-Ti非晶变质ZL205A合金的变质机制为：Ni-Nb-Ti非晶加入到合金熔体中，迅速晶化为细小的NiTi, Nb0.1Ni0.9和Nb0.03Ni3Ti0.97相，这些晶化相在合金熔体中均匀分布，熔体凝固过程中，NiTi相作为α-Al相的异质形核核心，增加形核率，变质ZL205A中α-Al枝晶得到明显细化。 4)揭示出Ni-Nb-Ti非晶变质合金的高温拉伸性能比未变质合金的拉伸性能有显著提高。在相同的温度下，应变速率越大，变质合金的抗拉强度越高；应变速率一定时，随着温度的升高，变质合金的力学性能下降。在453K和10-1s-1的条件下，0.05wt.%Ni-Nb-Ti非晶变质合金的抗拉强度和断裂应变最大，分别为406.3MPa和17.60%，分别比相同实验条件下未变质合金提高了34.4%和182.1%。 5) Ni-Nb-Ti非晶变质ZL205A合金高温强化机制为细晶强化和析出强化。①细晶强化：经0.05wt.%Ni-Nb-Ti非晶变质处理后，合金的平均晶粒尺寸由160m减为39m，晶粒尺寸明显减小，晶界密度增加，对位错的阻碍作用增强。随着温度的升高，晶界会软化，从而弱化晶界强化的效果。②析出强化：变质合金中θ析出相更加细密，分布更均匀。533K、10-4s-1条件下，未变质合金中θ析出相的长度在~220nm，厚度在10-30nm之间，0.05wt.%Ni-Nb-Ti非晶变质合金中θ析出相的平均长度130nm，厚度在8-25nm之间，大量细小的θ′析出相阻碍位错运动，强化了析出相与位错及位错之间的交互作用，合金强塑性同时提高。
【关键词】：ZL205A合金 Ni-Nb-Ti非晶 组织 室温力学性能 高温力学性能
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 目录9-13
• 第1章 绪论13-29
• 1.1 选题意义13
• 1.2 铝合金国内外研究现状13-19
• 1.2.1 铝合金强韧性的研究现状14-16
• 1.2.2 提高铝合金强韧性的途径16-19
• 1.3 铝合金变质机制的研究19-23
• 1.4 铝合金的强韧化机制23-25
• 1.4.1 细晶强化机制23
• 1.4.2 析出强化23-25
• 1.5 铝合金高温及高温蠕变性能的研究现状25-28
• 1.5.1 铝合金高温强韧性的研究25-26
• 1.5.2 铝合金高温蠕变行为的研究26-27
• 1.5.3 蠕变机制27-28
• 1.6 研究内容28-29
• 第2章 实验方法29-35
• 2.1 实验材料29
• 2.2 合金的制备29-31
• 2.2.1 Ni-Nb-Ti 非晶条带的制备29-31
• 2.2.2 未变质铸造 Al-Cu 合金的制备31
• 2.2.3 变质铸造铝铜合金的制备31
• 2.3 热处理实验31-32
• 2.4 实验流程32
• 2.5 合金的显微组织和相分析32-33
• 2.5.1 金相观察32-33
• 2.5.2 X 射线衍射分析(X-ray diffraction, XRD)33
• 2.5.3 扫描电子显微镜观察33
• 2.5.4 透射电子显微镜分析33
• 2.6 室温和高温力学性能分析33-34
• 2.6.1 室温力学性能33-34
• 2.6.2 高温力学性能34
• 2.7 非晶的表征方法34-35
• 2.7.1 差示扫描量热分析(DSC)34
• 2.7.2 Ni-Nb-Ti 非晶的球磨处理34-35
• 第3章 Ni-Nb-Ti 非晶合金的晶化行为分析35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 Ni_(60)Nb_(25)Ti_(15)非晶合金的表征35-36
• 3.2.1 Ni_(60)Nb_(25)Ti_(15)非晶合金 X 射线衍射分析(XRD)35-36
• 3.2.2 差示扫描量热分析(DSC)36
• 3.3 退火温度对 Ni_(60)Nb_(25)Ti_(15)非晶晶化产物的影响36-37
• 3.4 球磨处理对 Ni_(60)Nb_(25)Ti_(15)非晶晶化的影响37-38
• 3.5 Ni_(60)Nb_(25)Ti_(15)非晶晶化动力学分析38-43
• 3.5.1 等温晶化动力学分析39-41
• 3.5.2 非等温晶化动力学分析41-43
• 3.6 本章小结43-45
• 第4章 NiNbTi非晶对ZL205A合金组织和室温力学性能的影响规律及机制45-69
• 4.1 引言45
• 4.2 添加不同量 Ni-Nb-Ti 非晶对 ZL205A 组织与力学性能的影响45-51
• 4.2.1 添加不同量 Ni-Nb-Ti 非晶对 ZL205A 合金组织的影响45-48
• 4.2.2 添加不同量 Ni-Nb-Ti 非晶对 ZL205A 合金力学性能的影响48-50
• 4.2.3 ZL205A 合金室温拉伸断口形貌50-51
• 4.3 不同变质时间对 ZL205A 合金组织与室温力学性能的影响51-54
• 4.3.1 变质时间对 ZL205A 合金组织的影响51-53
• 4.3.2 变质时间对 ZL205A 合金力学性能的影响53-54
• 4.4 不同非晶添加工艺对 ZL205A 组织细化及力学性能的影响54-61
• 4.4.1 搅拌工艺对 ZL205A 合金组织与力学性能的影响54-56
• 4.4.2 球磨处理的 Ni-Nb-Ti 对 ZL205A 合金组织与力学性能的影响56-58
• 4.4.3 晶化的 Ni-Nb-Ti 对 ZL205A 合金组织及力学性能的影响58-61
• 4.5 Ni-Nb-Ti 非晶变质 ZL205A 合金的细化机制和强韧化机制61-67
• 4.5.1 Ni-Nb-Ti 非晶变质 ZL205A 合金的细化机制61-65
• 4.5.2 Ni-Nb-Ti 非晶变质 ZL205A 合金的强韧化机制65-67
• 4.6 本章小结67-69
• 第5章 Ni-Nb-Ti 非晶变质 ZL205A 铝合金高温变形行为69-87
• 5.1 引言69
• 5.2 不同应变速率下 ZL205A 合金高温变形行为及力学性能69-75
• 5.3 不同温度下 Ni-Nb-Ti 非晶变质 ZL205A 的高温变形行为75-78
• 5.4 Ni-Nb-Ti 非晶变质 ZL205A 高温变形行为分析78-82
• 5.5 Ni-Nb-Ti 非晶变质 ZL205A 的高温强韧化机制82-84
• 5.6 本章小结84-87
• 第6章 结论87-89
• 参考文献89-97
• 作者简介及科研成果97-98
• 致谢98

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;Instability of TiC and TiAl3 compounds in Al-10Mg and Al-5Cu alloys by addition of Al-Ti-C master alloy[J];Journal of University of Science and Technology Beijing(English Edition);2006年02期

2 于丽娜,刘相法,边秀房;钛化物在铝熔体中的沉淀现象[J];材料科学与工艺;2003年02期

3 徐国富,聂祚仁,金头男,荣莉,阮海琼,尹志民;微量钪对Al-3%Cu合金组织与性能的影响[J];金属热处理;2004年03期

4 宁远涛,周新铭,戴红;稀土元素在Al中固溶度亚稳扩展研究[J];金属学报;1992年03期

5 李卫红,边秀房,李海勇,段佑峰;Al-Cu共晶合金熔体中稀土Ce与氢的相互作用[J];金属学报;2001年08期

6 杨成刚,国旭明,洪张飞,钱百年;电磁搅拌对2219Al-Cu合金焊缝组织及力学性能的影响[J];金属学报;2005年10期

7 张建新,钟建华;用于铝合金晶粒细化的中间合金研究现状与分析[J];铝加工;2002年01期

8 燕战秋,华润兰;论汽车轻量化[J];汽车工程;1994年06期

9 朴东学,齐笑冰,李慧玉,朱文杰,李智江,张成群,李忠文,关宏;汽车轻量化用金属材料的现状及展望[J];水利电力机械;1999年03期

10 傅高升,孙锋山,王连登,康积行;中间合金对铝合金细化处理的现状分析与初探[J];特种铸造及有色合金;2001年02期

本文编号：1136162