承压件用铸造铝硅系合金组织与性能研究

发布时间：2017-08-30 11:00

  本文关键词：承压件用铸造铝硅系合金组织与性能研究

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【摘要】：近共晶铸造Al-Si合金具有微孔倾向小、铸造性能优异等优势,适用于复杂承压件罐体的生产。但是,较低的力学性能限制了其在复杂承压件罐体中的应用。因此,从合金化、细化与变质以及热处理工艺优化三个角度,来提高近共晶铸造Al-Si合金力学性能,具有一定的理论意义和应用价值。本论文基于近共晶Al-11Si-0.3Mg合金,研究了合金元素Cu对该合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,随着Cu含量的增加,合金的抗拉强度增大、延伸率下降,当Cu添加量超过2.0%,抗拉强度和延伸率同时下降。当添加Cu含量至1.5%时,抗拉强度和延伸率达到270MPa和4.2%。相分析表明,当Cu添加量少于1.0%时,析出相为Mg2Si和Q-Al5Si6Cu2Mg8,当添加Cu添加量超过1.0%,即转变为Al2Cu和Q-Al5Si6Cu2MgS8。通过断口观察发现,当Cu含量至2.0%时,会形成大量孔洞,并且发现β-Fe降低了合金的力学性能。根据合金综合力学性能表现,最佳成分的合金为Al-11Si-1.5Cu-0.3Mg。向Al-11Si-1.5Cu-0.3Mg合金中添加了不同含量La,研究了La对其显微组织和力学性能的影响,以及La、B及Sr三者之间的交互作用。结果表明,当B添加量至0.05%时,由于SrB6的生成,导致枝晶细化和共晶硅变质作用衰退,而在上述基础上添加0.1%La,枝晶和共晶硅特征参数都达到最小,枝晶细化和共晶硅变质衰退作用不再存在,并且细化和变质效果表现优异,此时力学性能达到最优。研究发现,La与B生成了具有异质形核作用的LaB6颗粒,从而抑制了“毒化”作用的发生。故而,最佳细化和变质添加方式为0.1%La+0.05%B+0.03%Sr。对采用0.1%La+0.05%B+0.03%Sr进行细化和变质的Al-11Si-1.5Cu-0.3Mg合金,进行了固溶和时效工艺的优化,以进一步提高合金力学性能。实验结果表明,采用双级固溶工艺(490℃×4h+505℃×4h),合金的抗拉强度和延伸率可分别达到343MPa和10.2%；再经170。C×6h,抗拉强度和延伸率可达399MPa和5.0%。最后研究了La、B联合细化对Al-11Si-1.5Cu-0.3Mg合金时效析出行为的影响,发现La、B联合细化后可缩短达到时效峰值的时间,并且使时效峰值增大。通过TEM观察,发现La、B联合细化后的θ’析出相尺寸变小。通过Johnson-Mehl-Avrami方程与Arrhenius方程的拟合计算,La、B联合细化后θ'相析出形核激活能从42.83 kJ/mol下降至30.54 kJ/mol。
【关键词】：铸造铝硅合金 合金化处理 细化处理 热处理 力学性能
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG292;TG166.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-22
• 1.1 引言9-10
• 1.2 铸造铝合金概述10-12
• 1.3 铸造Al-Si合金的强韧化12-19
• 1.4 稀土元素在铸造铝硅合金中研究现状19-20
• 1.5 研究内容与技术路线20-22
• 第二章 实验过程与研究方法22-28
• 2.1 合金成分设计22-23
• 2.2 实验材料及合金熔制23-24
• 2.3 热处理24
• 2.4 力学性能测试24-25
• 2.5 显微组织观察25-26
• 2.6 XRD物相分析26-28
• 第三章 合金元素Cu对Al-11Si-0.3Mg合金显微组织与性能影响28-48
• 3.1 合金铸态样品XRD分析28-30
• 3.2 合金铸态显微组织30-39
• 3.3 力学性能39-46
• 3.4 小结46-48
• 第四章 稀土元素La对Al-11Si-1.5Cu-0.3Mg合金组织和性能的影响48-62
• 4.1 Sr与B“毒化”现象48-51
• 4.2 La对合金显微组织和力学性能的影响51-58
• 4.3 分析与讨论58-61
• 4.4 小结61-62
• 第五章 Al-11Si-1.5Cu-0.3Mg合金热处理工艺优化及时效行为分析62-87
• 5.1 热处理工艺的制定62-63
• 5.2 固溶处理工艺研究63-73
• 5.3 时效工艺及其行为研究73-85
• 5.4 小结85-87
• 第六章 结论87-89
• 参考文献89-96
• 致谢96-97
• 攻读硕士期间的学术成果97

【参考文献】

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