5052基铝合金中第二相的动态析出和结构表征
本文关键词：5052基铝合金中第二相的动态析出和结构表征
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【摘要】：5XXX铝合金为不可热处理强化型合金,具有低密度、高的比强度与比刚度、优良的耐蚀性、焊接性和易于加工成形等优点,成为了交通运输行业的理想材料。尤其是交通工具轻量化的要求,对铝合金的需求日益增加,性能要求更高。第二相在铝合金变形过程中的动态析出对铝合金成型性能有着至关重要的影响。深入研究不同状态下第二相形貌、分布以及变形过程中的析出行为是非常必要的。5052铝合金是5XXX铝合金中应用最广的合金之一。本文以5052铝合金作为基础合金,复合添加Er、Zr,分别单独添加Sr与Cu进行合金化,采用光学显微镜(OM)、差热分析(DSC)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱分析(EDS)、热力模拟试验机(Gleeble-3500)等实验手段对5052、5052-Er、5052-Sr和5052-Cu四种合金不同状态下的组织及性能进行了较为系统的研究,以期控制5052铝合金中第二相的析出。研究结果表明,5052、5052-Er、5052-Sr铝合金铸态组织均由α-Al基体和针状、汉字状的第二相组成,第二相尺寸超过100μm,且存在大量的枝晶组织;5052-Cu铝合金铸态组织中除α-Al基体外,第二相主要以颗粒状存在。三种合金化方式都在一定程度上改善了合金的铸态组织,其中Er(Zr)、Cu元素的作用更为明显。是因为Er在铝合金中除了以固溶原子存在于基体外,在凝固过程中会形成Al3Er相,作为非匀质形核核心,细化晶粒,净化熔体;Cu主要改变了铸态组织中第二相的成分与形貌。对合金进行适当的均匀化热处理后,第二相形貌、尺寸、成分都发生了变化。5052、5052-Er、5052-Sr合金中第二相得到明显的细化,析出了少量颗粒状第二相;5052-Cu合金中颗粒状第二相大量回熔,大量Mg、Cu原子固溶于基体中,可在后续加热过程中以S(Al2Cu Mg)相析出。对均匀化态5052基铝合金进行热模拟等温拉伸实验。研究发现,Cu的添加显著提升5052铝合金的热拉伸强度。5052-Cu合金在拉伸温度为100℃、拉伸速率为0.01 mms-1与拉伸温度为250℃、拉伸速率为0.1或0.01 mms-1时,其应力应变曲线上出现了由动态应变时效(DSA)引起的锯齿波动现象。对5052-Cu铝合金进行热模拟非等温拉伸实验。结果表明,在拉伸速率为0.01mms-1、升温速率为0.25℃s-1时,合金的拉伸曲线出现了类似于等温拉伸的锯齿波动现象,同为动态应变时效引起。当升温速率和拉伸速率增加,合金的拉伸曲线上出现了较长的“屈服”平台。对不同状态下的拉伸试样进行组织观察,研究表明,合金中出现的“屈服”平台是由合金在变形过程中动态析出的S相导致。对5052-Cu合金进行等温热压缩实验。结果表明热压缩的流变应力,随着温度和应变速率的增加而增加。显微组织观察发现,470℃等温压缩后出现了动态再结晶晶粒,随着应变速率的降低,动态再结晶晶粒比例增加,当应变速率为0.001s-1时,发生了完全动态再结晶;高应变速率(0.1 s-1)下的合金中存在高密度的位错,破碎形成的第二相更为细小,并有杆状相破碎形成了纳米级颗粒相,有效阻碍了合金的动态再结晶。
【关键词】：5052铝合金 合金化 热变形行为 动态应变时效 动态析出 结构表征
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21
【目录】：
- 中文摘要3-5
- 英文摘要5-10
- 1 绪论10-24
- 1.1 5 XXX铝合金研究现状10-12
- 1.1.1 5XXX铝合金简介10
- 1.1.2 主要合金元素的作用10-12
- 1.2 5 XXX铝合金的微合金化介绍12-16
- 1.2.1 稀土元素在Al-Mg合金的研究工作12-14
- 1.2.2 非稀土元素在Al-Mg合金的应用研究14-16
- 1.3 铝合金中第二相的研究现状16-21
- 1.3.1 5 XXX铝合金中第二相研究现状16-19
- 1.3.2 铝合金动态析出相研究现状19-21
- 1.4 课题研究目的与意义21
- 1.5 课题的研究内容与方案21-24
- 1.5.1 研究内容21-22
- 1.5.2 研究方案22
- 1.5.3 技术路线22-24
- 2 实验材料与方法24-28
- 2.1 实验材料制备24
- 2.2 合金显微组织分析24-26
- 2.2.1 金相显微组织分析24
- 2.2.2 扫描电镜（SEM）和能谱（EDS）分析24-25
- 2.2.3 透射电子显微镜（TEM）组织分析25-26
- 2.2.4 差示扫描量热法（DSC）分析26
- 2.2.5 X射线衍射（XRD）分析26
- 2.3 热处理实验26
- 2.4 热模拟实验26-28
- 2.4.1 热模拟拉伸实验26-27
- 2.4.2 热模拟压缩实验27-28
- 3 5052 基铝合金铸态组织分析28-36
- 3.1 5052 基铝合金铸态光学显微组织分析28
- 3.2 DSC实验结果28-30
- 3.3 XRD实验结果30-31
- 3.4 5052 基铝合金铸态组织的相组成31-34
- 3.4.1 1#5052 铝合金铸态 SEM 组织及 EDS 分析结果31
- 3.4.2 2#5052-Er 铝合金铸态 SEM 组织及 EDS 分析结果31-32
- 3.4.3 3#5052-Sr 铝合金铸态 SEM 组织及 EDS 分析结果32-33
- 3.4.4 4#5052-Cu 铝合金铸态 SEM 组织及 EDS 分析结果33-34
- 3.5 本章小结34-36
- 4 5052 基铝合金均匀化态组织36-50
- 4.1 5052 基铝合金均匀化态光学显微组织36
- 4.2 5052 基铝合金均匀化态相组成36-39
- 4.2.1 1# 5052 铝合金均匀化态 SEM 及 EDS 分析结果36-37
- 4.2.2 2#5052-Er 铝合金均匀态 SEM 及 EDS 分析结果37-38
- 4.2.3 3#5052-Sr 铝合金均匀化态 SEM 及 EDS 分析结果38
- 4.2.4 4#5052-Cu 铝合金均匀化态 SEM 及 EDS 分析结果38-39
- 4.3 5052 基铝合金均匀化态DSC差热分析39-40
- 4.4 5052 基铝合金均匀化态TEM分析40-49
- 4.4.1 2#5052-Er 铝合金均匀化态 TEM 分析40-45
- 4.4.2 4#5052-Cu 铝合金均匀化态 TEM 分析45-49
- 4.5 本章小结49-50
- 5 5052 基铝合金热模拟拉伸实验50-70
- 5.1 5052 基铝合金热拉伸实验结果50-51
- 5.1.1 5052 基铝合金等温热拉伸实验结果50-51
- 5.1.2 5052 基铝合金非等温拉伸实验结果51
- 5.2 5052 基铝合金热模拟拉伸试样组织分析51-67
- 5.2.1 2#5052-Er 铝合金等温拉伸试样 TEM 分析51-55
- 5.2.2 4#5052-Cu 铝合金等温拉伸（4-1#）试样 TEM 分析55-57
- 5.2.3 4#5052-Cu 铝合金非等温拉伸（4-2#）试样 TEM 分析57
- 5.2.4 4#5052-Cu 铝合金非等温拉伸（4-3#）试样 TEM 分析57-61
- 5.2.5 4#5052-Cu 铝合金非等温拉伸（4-4#）试样 TEM 分析61-62
- 5.2.6 4#5052-Cu 铝合金非等温拉伸（4-5#）试样 TEM 分析62-65
- 5.2.7 4#5052-Cu 铝合金非等温拉伸（4-6#）试样 TEM 分析65-67
- 5.3 分析与讨论67-68
- 5.4 本章小结68-70
- 6 5052-Cu铝合金热压缩试验70-80
- 6.1 5052-Cu铝合金高温压缩的真应力-真应变曲线70-71
- 6.2 5052-Cu铝合金高温压缩态光学组织观察71-73
- 6.3 5052-Cu铝合金高温压缩试样TEM分析73-77
- 6.3.1 5052-Cu铝合金压缩态（470 ℃，，0.001 s-1）TEM分析73-75
- 6.3.2 5052-Cu铝合金压缩态（470 ℃，0.1 s-1）TEM分析75-77
- 6.4 分析与讨论77-78
- 6.5 本章小结78-80
- 7 结论80-82
- 致谢82-84
- 参考文献84-90
- 附录90
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