AlTiC-B晶种合金改善Al-Cu和Al-Mg合金力学性能和流动性的研究
发布时间：2021-03-08 11:25
Al-Cu系合金具有较高的室温和高温力学性能,属于高强铝合金中的一类合金;Al-Mg合金密度低、强度高、塑韧性好,具有优良的抗腐蚀性和切削加工性,特别是抗电化学腐蚀的能力,但是铸造性能上的缺陷阻碍了这两类合金应用的拓展。Al-Cu和Al-Mg合金作为固溶体,凝固时存在较宽的结晶温度范围,组织形貌通常以树枝晶为主,晶粒粗大且组织均匀性差,粗大的树枝晶会降低合金的流动性,增大合金的热裂倾向,使合金的铸造性能变差。铝合金的铸造性能对于铸件（锭）的质量和性能具有重要的影响,流动性是合金铸造性能中重要的性能参数,晶粒细化技术不仅能够提高铝合金的强度和塑韧性,还可以提高铝合金的流动性,改善铝合金的铸造性能,减少铸造缺陷,而晶粒细化剂细化效果稳定、高效、成本低廉,是最为理想的细化方法。本文研究了 B掺杂型AlTiC-B晶种合金对Al-Cu合金和Al-Mg合金的细化作用,分析了合金的晶粒尺寸、形貌对力学性能和铸造性能的影响,揭示了 Al-5Ti-0.2C-0.3B晶种合金对ZL205A、2024合金以及ZL303合金的晶粒组织、力学性能以及流动性的影响机制。本文的主要工作如下:（1）研究了 Al-5T...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１合金凝固方式：（ａ）层状凝固；（ｂ）糊状凝固＾??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｍｏｄｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｌｌｏｙ?（ａ）?ｌａｍｅｌｌａｒ?ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ：?（ｂ）?ｐａｓｔｙ?ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ＾７９！??
?山东大学硕士学位论文???ＷＤＷ－１００Ｄ）上进行拉伸性能测试，拉伸速率２ｍｍ／ｍｉｎ，拉伸时安装电子引伸??计（型号ＹＹＵ－１０／２５）记录样品延伸率，每组样品根据需要进行３－５次测试，取??其平均值作为样品的试验数值。?????Ｒ２．５????＾???Ａ?｜?▲??—１???＾?、??▼??一???２５?一??Ｕ?１??Ｊ??图２．３拉伸试棒示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｅｎｓｉｌｅ?ｓｐｅｃｉｍｅｎ??２．４．３布氏硬度测试??材料的布氏硬度使用数显式布氏硬度计（型号ＨＢＳ－３０００），测试前将待测的??样品加工为￥２０?ｍｍ?ｘ?３０?ｍｍ的试块，保证￥２０?ｍｍ的上下表面相互平行，然后??使用１８０目ＳｉＣ砂纸打磨上下表面至平整光滑，硬度测试在光滑的表面上进行，??测试时根据合金材料选取合适的参数，本测试参数设定为：压头直径￥５?ｍｍ，加??载载荷２５０?ｋｇＮ，加载时间为１０?ｓ，保荷时间１５?ｓ。每个样品测试３－５个点，最??终取其平均数值作为该组样品的硬度值。??２．４．４细化剂细化效果评定??细化剂细化效果用平均晶粒尺寸标志表示，晶粒尺寸统计采用ＫＢＩ环模试??验法Ｉ３］，合金细化处理后，在（７３０±５）?°Ｃ保温一定时间后，用石墨棒（需提前??预热）进行充分搅拌后，浇入ＫＢＩ环形钢模中，浇注时钢模置于耐火砖（钢模和??耐火砖均预热至３００°Ｃ）之上，浇注后待合金凝固即取出试样，对试样与耐火砖??接触的底面进行腐蚀，腐蚀用的试剂为王水，用盐酸、硝酸和蒸馏水按体积分数??６：３：１的比例进行配制。宏
?山东大学硕士学位论文???Ｉ??，?／??＇?０４０?．??广??图２．４?ＫＢＩ环模示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＫＢＩ?ｒｉｎｇ?ｍｏｄｅ??２．４．５光学显微镜和扫描电镜分析??对需要观察的样品选取适当的大小，根据需要选择金相试样镶嵌机（型号??ＸＱ－２Ｂ）进行镶嵌或者采用冷镶嵌的方法进行金相试样的制备，也可以将样品加??工为１０?ｍｍｘ］〇?ｍｍｘ５?ｍｍ的块体，对待观察表面首先使用ＳｉＣ砂纸进行打磨平??整，然后在金相抛光机上进行抛光，抛光时使用氧化镁的水溶液作为抛光剂，氧??化镁粒径为２．５?（ａｍ，抛光时间为１５?ｍｉｎ左右，抛光后观察面应无明显划痕，最??后将氧化镁溶液熬制氧化镁膏，在麂皮抛光布上对待观察面进行精细抛光，最后??在６（ＴＣ的恒温干燥箱中进行干燥；断口样品应吹氩气清洁断口表面并进行千燥??处理。使用光学显微镜（ＯＭ，ＯｐｔｉｃａｌＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，型号ＬｅｉｃａＤＭ２７００Ｍ）观察??样品金相组织，或者使用场发射扫描电镜（ＦＥＳＥＭ，Ｆｉｅｌｄ?Ｅｍｉｓｓｉｏｎ?Ｓｃａｎｎｉｎｇ??Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，型号Ｈｉｔａｃｈｉ?ＳＵ－７０）对样品微观组织进行分析，扫描电镜??加速电压为１５?ｋＶ，同时配备有能谱仪（ＥＤＳ，Ｅｎｅｒｇｙ?Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ?Ｘ－ｒａｙ??Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ），可以对样品表面微区的物相进行点、线、面的定性及定量分析??２．４．６?Ｘ射线衍射分析??使用?Ｘ?射线衍射仪（ＸＲＤ，?Ｘ－ｒａｙ?ｄｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｔｅｒ，型号?ＲｉｇａｋｕＤ／ｍａｘ－ｒＢ）分??析样品物相
【参考文献】：
期刊论文
[1]A Review on Grain Refinement of Aluminum Alloys: Progresses,Challenges and Prospects[J]. Ren-Guo Guan,Di Tie. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(05)
[2]Cooling Rate Sensitivity of RE-Containing Grain Refiner and Its Impact on the Microstructure and Mechanical Properties of A356 Alloy[J]. Hua-Rui Zhang,Zhen-Bang Liu,Zi-Zhuo Li,Guo-Wei Li,Hu Zhang. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2016(05)
[3]浅谈铝合金材料在未来汽车轻量化中的应用与发展[J]. 李传福,张丽萍. 装备制造技术. 2015(04)
[4]高强铝合金的发展及其材料的制备加工技术[J]. 张新明,邓运来,张勇. 金属学报. 2015(03)
[5]化学法对有色金属及合金晶粒细化的研究进展[J]. 夏天东,李庆林,赵文军,汪婷,陈曦. 中国有色金属学报. 2011(10)
[6]铝合金晶粒细化剂研究进展[J]. 陈亚军,许庆彦,黄天佑. 材料导报. 2006(12)
[7]铝合金晶粒细化方法的研究现状及最新动向[J]. 孙海斌,左秀荣,仲志国,崔海超. 热加工工艺. 2005(12)
[8]含钪Al-Mg合金的抗应力腐蚀和剥落腐蚀性能研究[J]. 王月,吴庭翱. 中国腐蚀与防护学报. 2005(04)
[9]K4169高温合金化学法晶粒细化工艺及机理的研究[J]. 熊玉华. 材料导报. 2001(01)
博士论文
[1]铝熔体中TiCx的微结构调控及其对铝合金强韧化机理的研究[D]. 杨化冰.山东大学 2019
[2]Zr、Ti金属间化合物在铝合金中析出及强化行为的研究[D]. 高通.山东大学 2015
[3]铝合金中TiB2、TiC界面过渡区（相）的研究[D]. 于丽娜.山东大学 2007
硕士论文
[1]Ti/Sc合金化对Al-Mn铸造铝合金的流动性及阳极氧化性能影响研究[D]. 黄毅.华南理工大学 2019
[2]Al-Ti-C/B中间合金对变形铝合金晶粒形貌及挤压行为的影响[D]. 王海超.山东大学 2017
[3]含Zr铝合金的细化“中毒”现象及其细化新工艺研究[D]. 王淑俊.山东大学 2009
[4]4137H低合金钢和锡磷青铜的晶粒细化研究[D]. 回春华.大连理工大学 2008
[5]Al-Mg合金的晶粒细化研究[D]. 尹奎波.山东大学 2005
本文编号：3070969
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１合金凝固方式：（ａ）层状凝固；（ｂ）糊状凝固＾??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ?ｍｏｄｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｌｌｏｙ?（ａ）?ｌａｍｅｌｌａｒ?ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ：?（ｂ）?ｐａｓｔｙ?ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ＾７９！??
?山东大学硕士学位论文???ＷＤＷ－１００Ｄ）上进行拉伸性能测试，拉伸速率２ｍｍ／ｍｉｎ，拉伸时安装电子引伸??计（型号ＹＹＵ－１０／２５）记录样品延伸率，每组样品根据需要进行３－５次测试，取??其平均值作为样品的试验数值。?????Ｒ２．５????＾???Ａ?｜?▲??—１???＾?、??▼??一???２５?一??Ｕ?１??Ｊ??图２．３拉伸试棒示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｅｎｓｉｌｅ?ｓｐｅｃｉｍｅｎ??２．４．３布氏硬度测试??材料的布氏硬度使用数显式布氏硬度计（型号ＨＢＳ－３０００），测试前将待测的??样品加工为￥２０?ｍｍ?ｘ?３０?ｍｍ的试块，保证￥２０?ｍｍ的上下表面相互平行，然后??使用１８０目ＳｉＣ砂纸打磨上下表面至平整光滑，硬度测试在光滑的表面上进行，??测试时根据合金材料选取合适的参数，本测试参数设定为：压头直径￥５?ｍｍ，加??载载荷２５０?ｋｇＮ，加载时间为１０?ｓ，保荷时间１５?ｓ。每个样品测试３－５个点，最??终取其平均数值作为该组样品的硬度值。??２．４．４细化剂细化效果评定??细化剂细化效果用平均晶粒尺寸标志表示，晶粒尺寸统计采用ＫＢＩ环模试??验法Ｉ３］，合金细化处理后，在（７３０±５）?°Ｃ保温一定时间后，用石墨棒（需提前??预热）进行充分搅拌后，浇入ＫＢＩ环形钢模中，浇注时钢模置于耐火砖（钢模和??耐火砖均预热至３００°Ｃ）之上，浇注后待合金凝固即取出试样，对试样与耐火砖??接触的底面进行腐蚀，腐蚀用的试剂为王水，用盐酸、硝酸和蒸馏水按体积分数??６：３：１的比例进行配制。宏
?山东大学硕士学位论文???Ｉ??，?／??＇?０４０?．??广??图２．４?ＫＢＩ环模示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＫＢＩ?ｒｉｎｇ?ｍｏｄｅ??２．４．５光学显微镜和扫描电镜分析??对需要观察的样品选取适当的大小，根据需要选择金相试样镶嵌机（型号??ＸＱ－２Ｂ）进行镶嵌或者采用冷镶嵌的方法进行金相试样的制备，也可以将样品加??工为１０?ｍｍｘ］〇?ｍｍｘ５?ｍｍ的块体，对待观察表面首先使用ＳｉＣ砂纸进行打磨平??整，然后在金相抛光机上进行抛光，抛光时使用氧化镁的水溶液作为抛光剂，氧??化镁粒径为２．５?（ａｍ，抛光时间为１５?ｍｉｎ左右，抛光后观察面应无明显划痕，最??后将氧化镁溶液熬制氧化镁膏，在麂皮抛光布上对待观察面进行精细抛光，最后??在６（ＴＣ的恒温干燥箱中进行干燥；断口样品应吹氩气清洁断口表面并进行千燥??处理。使用光学显微镜（ＯＭ，ＯｐｔｉｃａｌＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，型号ＬｅｉｃａＤＭ２７００Ｍ）观察??样品金相组织，或者使用场发射扫描电镜（ＦＥＳＥＭ，Ｆｉｅｌｄ?Ｅｍｉｓｓｉｏｎ?Ｓｃａｎｎｉｎｇ??Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，型号Ｈｉｔａｃｈｉ?ＳＵ－７０）对样品微观组织进行分析，扫描电镜??加速电压为１５?ｋＶ，同时配备有能谱仪（ＥＤＳ，Ｅｎｅｒｇｙ?Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ?Ｘ－ｒａｙ??Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ），可以对样品表面微区的物相进行点、线、面的定性及定量分析??２．４．６?Ｘ射线衍射分析??使用?Ｘ?射线衍射仪（ＸＲＤ，?Ｘ－ｒａｙ?ｄｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｔｅｒ，型号?ＲｉｇａｋｕＤ／ｍａｘ－ｒＢ）分??析样品物相
【参考文献】：
期刊论文
[1]A Review on Grain Refinement of Aluminum Alloys: Progresses,Challenges and Prospects[J]. Ren-Guo Guan,Di Tie. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(05)
[2]Cooling Rate Sensitivity of RE-Containing Grain Refiner and Its Impact on the Microstructure and Mechanical Properties of A356 Alloy[J]. Hua-Rui Zhang,Zhen-Bang Liu,Zi-Zhuo Li,Guo-Wei Li,Hu Zhang. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2016(05)
[3]浅谈铝合金材料在未来汽车轻量化中的应用与发展[J]. 李传福,张丽萍. 装备制造技术. 2015(04)
[4]高强铝合金的发展及其材料的制备加工技术[J]. 张新明,邓运来,张勇. 金属学报. 2015(03)
[5]化学法对有色金属及合金晶粒细化的研究进展[J]. 夏天东,李庆林,赵文军,汪婷,陈曦. 中国有色金属学报. 2011(10)
[6]铝合金晶粒细化剂研究进展[J]. 陈亚军,许庆彦,黄天佑. 材料导报. 2006(12)
[7]铝合金晶粒细化方法的研究现状及最新动向[J]. 孙海斌,左秀荣,仲志国,崔海超. 热加工工艺. 2005(12)
[8]含钪Al-Mg合金的抗应力腐蚀和剥落腐蚀性能研究[J]. 王月,吴庭翱. 中国腐蚀与防护学报. 2005(04)
[9]K4169高温合金化学法晶粒细化工艺及机理的研究[J]. 熊玉华. 材料导报. 2001(01)
博士论文
[1]铝熔体中TiCx的微结构调控及其对铝合金强韧化机理的研究[D]. 杨化冰.山东大学 2019
[2]Zr、Ti金属间化合物在铝合金中析出及强化行为的研究[D]. 高通.山东大学 2015
[3]铝合金中TiB2、TiC界面过渡区（相）的研究[D]. 于丽娜.山东大学 2007
硕士论文
[1]Ti/Sc合金化对Al-Mn铸造铝合金的流动性及阳极氧化性能影响研究[D]. 黄毅.华南理工大学 2019
[2]Al-Ti-C/B中间合金对变形铝合金晶粒形貌及挤压行为的影响[D]. 王海超.山东大学 2017
[3]含Zr铝合金的细化“中毒”现象及其细化新工艺研究[D]. 王淑俊.山东大学 2009
[4]4137H低合金钢和锡磷青铜的晶粒细化研究[D]. 回春华.大连理工大学 2008
[5]Al-Mg合金的晶粒细化研究[D]. 尹奎波.山东大学 2005
本文编号：3070969
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