Al-Si-Cu-Mg变形铝合金的组织及性能研究
发布时间：2021-08-27 08:57
在机械工业中,使用铝合金代替钢铁材料、减轻机械零件重量是实现节能减排的重要手段。目前,应用于耐磨件的铝合金大多存在力学性能能满足要求但耐磨性不佳的现象。为了提高铝合金的耐磨性能,同时保持足够的力学性能,本文自行熔配一种新型的Al-8.3Si-3.3Cu-0.9Mg合金,研究了挤压及热处理工艺对铝合金力学性能和组织的影响,分析了挤压态和热处理态合金的摩擦磨损性能。热挤压实验表明,Al-8.3Si-3.3Cu-0.9Mg合金中原本粗大的树枝晶被挤压破碎,偏析得到了一定的改善,出现大量的等轴晶粒,板片状的共晶Si消失,破碎成椭圆状或粒状,第二相粒子细小且分布均匀,合金的宏观组织呈纤维状,合金的抗拉强度由铸态时的254MPa提高到了261MPa,延伸率达到了11.45%,提高了317.9%。通过正交试验得到合金的最佳热处理工艺为:固溶处理510℃+2.5h,时效处理180℃+5h。合金经过固溶时效处理后沉淀析出的第二相较为弥散细小,分布较为均匀,晶粒有长大的现象,合金的力学性能得到大幅提升,抗拉强度为465MPa,相比于铸态合金提高了83.7%,比热挤压态提高了78.2%,延伸率达到11.05...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铝合金分类示意图[14]
工程硕士学位论文5型材。在Mg2Si相中，Mg/Si比为1.73，但是在大多数6XXX系合金中，Mg/Si比1.73，即还有一定量的过剩Si。其指导思想为：在力学性能方面，可以满足建筑结构的要求，抗拉强度为230MPa左右；合金的相结构简单，工艺性能良好。7XXX系合金属于Al-Zn-Cu-Mg系合金。该系合金的主要合金强化相为MgZn2（η）与Al2Mg3Zn3（Т）；少量的Cr对合金的力学性能和抗蚀性有利；Ti能够细化铸锭晶粒和改善合金可焊性，若与Zr同时加入效果更佳；Fe与Si为杂质，应控制其含量。此系铝合金是飞机工业中重要的结构材料。1.3铝硅合金的热处理可热处理强化的铝合金中往往含有较多的Si、Cu、Mg、Zn、Mn等合金元素，这些合金元素都能溶入铝基体中。在一定条件下，这些元素的平衡固溶度甚至可超过在共晶温度下的最大溶解度。图1.2为铝合金典型的二元相图。合金成分在C1时，室温状态下的平衡组织是α（Al）+β，β为第二相。当温度升高到T1温度时，β相将溶入铝基体中形成单相α固溶体，这种处理方式和过程称为固溶处理。当温度缓慢下降时，过饱和的固溶体就会有析出的倾向，多余的溶质就会以β相的形式析出，这种现象就叫做脱溶或沉淀。合金元素成分在C1时的合金自温度T1急速冷却，合金中的溶质原子来不及发生扩散和重新分配，过饱和的固溶体就不会脱溶出β相，合金的室温组织即为C1成分的单相α过饱和固溶体，这就成为淬火。图1.2具有溶解度变化的二元铝合金相图[14]过饱和的固溶体在放置的过程中会有自发分解的倾向，即脱溶的倾向。在室温时大多数铝合金中过饱和的固溶体就可以产生脱溶，这种现象称为自然时效。如将具有过饱和固溶体的铝合金加热到一定的温度并保温一段时间，可加快脱溶过程的进行，这就是人工时效。
Al-Si-Cu-Mg变形铝合金的组织及性能研究8压轴的运动方向是一致的。正向挤压有很多优点，例如更换工具简单，辅助时间少；制品表面质量好；对铸锭表面质量要求不高；设备简单，投资费用少。缺点在于铸锭表面与挤压筒内壁摩擦激烈，有效挤压力小；制品尺寸不均匀，精度下降；热处理后容易形成粗晶环，力学性能较差。图1.3正向挤压方法的示意图：1-挤压筒；2-挤压杆；3-坯料；4-挤压凹模；5-挤压制品反向挤压的特点是制品的流动方向与挤压轴的运动方向相反。反向挤压最大的优点是坯料表面与挤压筒内壁之间摩擦作用较小，反向挤压比正向挤压时的挤压力降低30%40%，有效挤压力消耗更少；制品尺寸精度相对较高；组织均匀，力学性能优良；挤压速度快，成品率和生产率高。反向挤压的缺点就是对坯料表面质量要求严格；设备费较高，辅助时间长；不能利用分流模和宽展模进行挤压生产；对产品规格有一定的限制等不足之处。另外，反挤压工艺对各方面的要求更加严格，在挤压过程中，如果出现挤歪的情况，会出现金属与挤压设备接触从而影响挤压的顺利进行，而正挤压不会出现这种问题，因此反挤压的成本比正挤压高。挤压方法还有很多种，如按挤压方向可分为正挤压、反挤压、复合挤压；按润滑状态可分为无润滑挤压、常规润滑挤压、玻璃润滑挤压、理想润滑挤压；按挤压温度可分为冷挤压、温挤压、热挤压；按挤压速度可分为低速挤压、高速挤压、冲击挤压；按挤压制品的形状或数量可分为实心型材挤压、空心型材挤压、变断面型材挤压[35]。为了降低挤压过程中的摩擦阻力，防止铝合金在挤压过程中与工模具发生粘着，在生产中往往会在金属表面和工模具表面涂抹润滑介质，但是这会导致润滑剂随着挤压流动卷入铝合金内部而且润滑剂会在工模具表面占据一定的空间，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽车轻量化现状和发展趋势分析[J]. 王帅. 汽车实用技术. 2019(11)
[2]Al-Si-Cu-Mg合金铸造-热处理一体化新工艺研究[J]. 张硕,陈元筠,王军长,杨映晖. 特种铸造及有色合金. 2019(02)
[3]不同时效工艺对Al-Si-Cu-Mg系合金微观组织和力学性能的影响[J]. 张万坤,张令坤,王通,张炳荣. 齐鲁工业大学学报. 2018(04)
[4]挤压比对5154铝合金微结构、织构和力学性能的影响[J]. 强华,张芝民,张文慧,周璐. 锻压技术. 2018(03)
[5]混合稀土对过共晶Al-20Si合金显微组织与力学性能的影响[J]. 李庆林,李斌强,李进宝,兰晔峰,夏天东. 中国有色金属学报. 2017(12)
[6]T6态Al-20Si-5Cu合金干滑动摩擦磨损特性研究[J]. 金云学,童强强,王小丫. 稀有金属材料与工程. 2014(06)
[7]变形Al-Si-Cu-Mg合金热处理强化及其组织特征[J]. 林高用,雷玉霞,郭道强,许秀芝,张宗鹏. 中国有色金属学报. 2014(03)
[8]我国轨道交通车辆用铝型材发展现状[J]. 吴海旭,杨丽,王周兵,秦利,黄健. 轻合金加工技术. 2014(01)
[9]新型Al-Si-Cu-Mg系合金热处理工艺的研究[J]. 侯立群,陈小辉,邢志媛,李素梅,王旭东,徐瑛. 兵器材料科学与工程. 2013(06)
[10]可持续发展背景下世界铝工业发展现状、趋势及我国的对策[J]. 许国栋,敖宏,佘元冠. 中国有色金属学报. 2012(07)
博士论文
[1]半固态铸造Al-Si-Cu-Mg合金热处理工艺及强化机理研究[D]. 杜康.北京有色金属研究总院 2017
[2]铝合金和钛合金在雨水/海水环境下的腐蚀与磨损交互作用研究[D]. 丁红燕.南京航空航天大学 2007
[3]高速列车用铝基复合材料制动盘及其闸片的制备、摩擦磨损性能及机理研究[D]. 滕杰.湖南大学 2006
[4]高强度铸造A1-Si-Cu-Mg合金固态相变研究[D]. 李润霞.沈阳工业大学 2004
硕士论文
[1]多元Al-10Si-5Cu-0.75Mg合金组织及摩擦磨损性能研究[D]. 李玉山.江苏大学 2017
[2]高性能过共晶Al-Si-Cu-Mg合金组织与性能的研究[D]. 孙继鸿.沈阳工业大学 2017
[3]7075铝合金挤压工艺及变形行为研究[D]. 朱永博.南昌大学 2017
[4]合金元素及热处理工艺对Al-Mg-Si-Cu合金组织与性能的影响[D]. 吴跃.合肥工业大学 2015
[5]6061铝合金反向挤压组织与力学性能研究[D]. 李斐.兰州理工大学 2011
[6]热处理工艺对新型6XXX系铝合金组织与性能的影响[D]. 张国鹏.中南大学 2010
[7]SiC颗粒增强铝基复合材料干摩擦磨损的研究[D]. 康立忠.上海交通大学 2008
本文编号：3366052
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铝合金分类示意图[14]
工程硕士学位论文5型材。在Mg2Si相中，Mg/Si比为1.73，但是在大多数6XXX系合金中，Mg/Si比1.73，即还有一定量的过剩Si。其指导思想为：在力学性能方面，可以满足建筑结构的要求，抗拉强度为230MPa左右；合金的相结构简单，工艺性能良好。7XXX系合金属于Al-Zn-Cu-Mg系合金。该系合金的主要合金强化相为MgZn2（η）与Al2Mg3Zn3（Т）；少量的Cr对合金的力学性能和抗蚀性有利；Ti能够细化铸锭晶粒和改善合金可焊性，若与Zr同时加入效果更佳；Fe与Si为杂质，应控制其含量。此系铝合金是飞机工业中重要的结构材料。1.3铝硅合金的热处理可热处理强化的铝合金中往往含有较多的Si、Cu、Mg、Zn、Mn等合金元素，这些合金元素都能溶入铝基体中。在一定条件下，这些元素的平衡固溶度甚至可超过在共晶温度下的最大溶解度。图1.2为铝合金典型的二元相图。合金成分在C1时，室温状态下的平衡组织是α（Al）+β，β为第二相。当温度升高到T1温度时，β相将溶入铝基体中形成单相α固溶体，这种处理方式和过程称为固溶处理。当温度缓慢下降时，过饱和的固溶体就会有析出的倾向，多余的溶质就会以β相的形式析出，这种现象就叫做脱溶或沉淀。合金元素成分在C1时的合金自温度T1急速冷却，合金中的溶质原子来不及发生扩散和重新分配，过饱和的固溶体就不会脱溶出β相，合金的室温组织即为C1成分的单相α过饱和固溶体，这就成为淬火。图1.2具有溶解度变化的二元铝合金相图[14]过饱和的固溶体在放置的过程中会有自发分解的倾向，即脱溶的倾向。在室温时大多数铝合金中过饱和的固溶体就可以产生脱溶，这种现象称为自然时效。如将具有过饱和固溶体的铝合金加热到一定的温度并保温一段时间，可加快脱溶过程的进行，这就是人工时效。
Al-Si-Cu-Mg变形铝合金的组织及性能研究8压轴的运动方向是一致的。正向挤压有很多优点，例如更换工具简单，辅助时间少；制品表面质量好；对铸锭表面质量要求不高；设备简单，投资费用少。缺点在于铸锭表面与挤压筒内壁摩擦激烈，有效挤压力小；制品尺寸不均匀，精度下降；热处理后容易形成粗晶环，力学性能较差。图1.3正向挤压方法的示意图：1-挤压筒；2-挤压杆；3-坯料；4-挤压凹模；5-挤压制品反向挤压的特点是制品的流动方向与挤压轴的运动方向相反。反向挤压最大的优点是坯料表面与挤压筒内壁之间摩擦作用较小，反向挤压比正向挤压时的挤压力降低30%40%，有效挤压力消耗更少；制品尺寸精度相对较高；组织均匀，力学性能优良；挤压速度快，成品率和生产率高。反向挤压的缺点就是对坯料表面质量要求严格；设备费较高，辅助时间长；不能利用分流模和宽展模进行挤压生产；对产品规格有一定的限制等不足之处。另外，反挤压工艺对各方面的要求更加严格，在挤压过程中，如果出现挤歪的情况，会出现金属与挤压设备接触从而影响挤压的顺利进行，而正挤压不会出现这种问题，因此反挤压的成本比正挤压高。挤压方法还有很多种，如按挤压方向可分为正挤压、反挤压、复合挤压；按润滑状态可分为无润滑挤压、常规润滑挤压、玻璃润滑挤压、理想润滑挤压；按挤压温度可分为冷挤压、温挤压、热挤压；按挤压速度可分为低速挤压、高速挤压、冲击挤压；按挤压制品的形状或数量可分为实心型材挤压、空心型材挤压、变断面型材挤压[35]。为了降低挤压过程中的摩擦阻力，防止铝合金在挤压过程中与工模具发生粘着，在生产中往往会在金属表面和工模具表面涂抹润滑介质，但是这会导致润滑剂随着挤压流动卷入铝合金内部而且润滑剂会在工模具表面占据一定的空间，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽车轻量化现状和发展趋势分析[J]. 王帅. 汽车实用技术. 2019(11)
[2]Al-Si-Cu-Mg合金铸造-热处理一体化新工艺研究[J]. 张硕,陈元筠,王军长,杨映晖. 特种铸造及有色合金. 2019(02)
[3]不同时效工艺对Al-Si-Cu-Mg系合金微观组织和力学性能的影响[J]. 张万坤,张令坤,王通,张炳荣. 齐鲁工业大学学报. 2018(04)
[4]挤压比对5154铝合金微结构、织构和力学性能的影响[J]. 强华,张芝民,张文慧,周璐. 锻压技术. 2018(03)
[5]混合稀土对过共晶Al-20Si合金显微组织与力学性能的影响[J]. 李庆林,李斌强,李进宝,兰晔峰,夏天东. 中国有色金属学报. 2017(12)
[6]T6态Al-20Si-5Cu合金干滑动摩擦磨损特性研究[J]. 金云学,童强强,王小丫. 稀有金属材料与工程. 2014(06)
[7]变形Al-Si-Cu-Mg合金热处理强化及其组织特征[J]. 林高用,雷玉霞,郭道强,许秀芝,张宗鹏. 中国有色金属学报. 2014(03)
[8]我国轨道交通车辆用铝型材发展现状[J]. 吴海旭,杨丽,王周兵,秦利,黄健. 轻合金加工技术. 2014(01)
[9]新型Al-Si-Cu-Mg系合金热处理工艺的研究[J]. 侯立群,陈小辉,邢志媛,李素梅,王旭东,徐瑛. 兵器材料科学与工程. 2013(06)
[10]可持续发展背景下世界铝工业发展现状、趋势及我国的对策[J]. 许国栋,敖宏,佘元冠. 中国有色金属学报. 2012(07)
博士论文
[1]半固态铸造Al-Si-Cu-Mg合金热处理工艺及强化机理研究[D]. 杜康.北京有色金属研究总院 2017
[2]铝合金和钛合金在雨水/海水环境下的腐蚀与磨损交互作用研究[D]. 丁红燕.南京航空航天大学 2007
[3]高速列车用铝基复合材料制动盘及其闸片的制备、摩擦磨损性能及机理研究[D]. 滕杰.湖南大学 2006
[4]高强度铸造A1-Si-Cu-Mg合金固态相变研究[D]. 李润霞.沈阳工业大学 2004
硕士论文
[1]多元Al-10Si-5Cu-0.75Mg合金组织及摩擦磨损性能研究[D]. 李玉山.江苏大学 2017
[2]高性能过共晶Al-Si-Cu-Mg合金组织与性能的研究[D]. 孙继鸿.沈阳工业大学 2017
[3]7075铝合金挤压工艺及变形行为研究[D]. 朱永博.南昌大学 2017
[4]合金元素及热处理工艺对Al-Mg-Si-Cu合金组织与性能的影响[D]. 吴跃.合肥工业大学 2015
[5]6061铝合金反向挤压组织与力学性能研究[D]. 李斐.兰州理工大学 2011
[6]热处理工艺对新型6XXX系铝合金组织与性能的影响[D]. 张国鹏.中南大学 2010
[7]SiC颗粒增强铝基复合材料干摩擦磨损的研究[D]. 康立忠.上海交通大学 2008
本文编号：3366052
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3366052.html
教材专著
