Fe系、Zr系非晶变质Al-Cu、Al-Si合金的组织与力学性能

发布时间：2017-12-10 13:03

  本文关键词：Fe系、Zr系非晶变质Al-Cu、Al-Si合金的组织与力学性能

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【摘要】：由于铝合金在航空航天、汽车、机械行业的广泛应用。各工业发达国家一直在不断地努力，使铝合金的性能及加工工艺达到了一个新的水平以满足不同行业的要求。近几十年来Al-Cu和Al-Si合金的变质也引起了材料工作者的广泛关注，他们先后利用Na盐、P、S及稀土等化合物对铝合金进行了变质并取得了显著的效果。目前，由于对铝合金的性能要求越来越高，亟需开发新的变质剂以满足铝合金应用方面更高的需求。与此同时，运用非晶作为变质剂变质铝合金的研究也不多。因此，为了丰富变质铝合金的变质机理，同时扩展非晶合金的应用。研究非晶变质对Al-Cu、Al-Si合金组织和性能的影响具有很高的应用价值。 本文以ZL205A合金和A390合金为研究对象，揭示了Fe、Zr系非晶对Al-Cu、Al-Si合金的微观组织，室温拉伸性能的影响规律。探索了非晶变质对合金中θ′析出相的数量、尺寸和分布的影响。提出了变质铸造Al-Cu、Al-Si合金的变质机制和强化机制。其主要结论如下： 1、揭示出不同体系非晶的晶化相颗粒在α-Al结晶的过程中作为异质形核的核心，明显的细化了α-Al枝晶。其中，ZrCuAlNiLa非晶对ZL205A合金，Fe系非晶对A390合金的变质效果比较显著。 i) ZrCuAlNiLa非晶变质ZL205A合金，在变质时间为1min情况下，组织图中晶粒变为尺寸在40μm左右的细小等轴晶。随着变质时间的延长，组织由等轴晶逐步转变为粗大的树枝晶。 ii)经过Al-P和ZrCuAlNi非晶复合变质A390合金，初生硅的尺寸变化不大，大约在20μm左右，分布更均匀。共晶硅由原来的团簇状变为长针状，经过T6热处理后的合金，其共晶硅又变为了短小的杆状或者点状。 iii)经过Al-P和FeBSi非晶复合变质A390合金，变质后的组织中初生硅的尺寸在20μm左右，尖角会变得圆钝。共晶硅由原来的团簇状变成了长针状，经过T6热处理后的合金，其共晶硅又变为了短小的杆状或者点状并且组织均匀。 2、揭示出不同体系非晶变质后的Al-Cu、Al-Si合金的常温拉伸性能比未变质合金明显提高，其中，ZrCuAlNiLa非晶变质ZL205A合金，Fe系非晶变质A390合金的拉伸性能提高的比较显著。 i)添加0.2wt.%(Zr55Cu30Al10Ni5)7.2La2.8非晶变质ZL205A合金1min时的拉伸性能达到最优，抗拉强度达到了532.9MPa，比未变质合金提高了72.1MPa，断裂应变达到了15.8%，比未变质合金提高了143%。 ii)添加0.5wt.%Al-P+0.2wt.%Zr系非晶复合变质45s时的Al-Si合金抗拉强度达到最佳效果274.6MPa；延伸率达到了2.65%。T6热处理后的变质Al-Si合金，加0.5wt.%Al-P+0.2wt.%Zr系非晶复合变质45s后抗拉强度达到了363.2MPa；断裂应变量达到最高2.81%。 iii)添加0.5wt.%Al-P+0.1wt.%Fe系非晶复合变质60min时的Al-Si合金抗拉强度达到最佳效果282.4MPa，延伸率达到了3.37%。T6热处理后的变质Al-Si合金，加0.5wt.%Al-P+0.1wt.%Fe系非晶复合变质60min后抗拉强度达到了380.6MPa，延伸率达到最高3.57%。 3、揭示出不同体系非晶变质对合金中θ′析出相的数量、尺寸和分布的影响规律。发现经过变质，θ′析出相的尺寸都变的更小，分布更均匀。 i)非晶变质后的θ′变得更加短粗，其平均厚度为10nm左右，平均长度为70.29nm，并且尺寸的分布变得更加均匀。 ii) FeBSi非晶和Al-P复合变质Al-Si合金后的θ′析出相变得更加短粗，数量更多，密度增大，其平均厚度为20nm左右，平均长度为60.44nm，并且尺寸的分布变得更加均匀。 4、揭示了不同体系非晶变质Al-Cu、Al-Si合金的变质机理和强韧化机理。 i)非晶变质Al-Cu、Al-Si合金的机理为：非晶在加入铝合金熔体后，迅速晶化成细小的晶化相，晶化相逐步均匀分散于铝熔体中，这些均布的晶化颗粒会在合金凝固时作为α-Al相异质形核的核心，大大的增加了铝合金熔体中的形核质点，大幅增加了形核率，使α-Al枝晶得到明显的细化。 ii)非晶变质铝合金强韧化机制为：细晶强化和Orowan强化共同作用。 ①细晶强化:晶粒数目越多，晶界增多，阻碍位错的通过，在宏观上表现为合金的强韧性提高。 ②Orowan强化：θ′析出相能起到钉扎位错的作用，阻碍位错的运动，引起位错增殖，增加合金的位错存储的能力。
【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】：TG139.8

【参考文献】

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本文编号：1274527