高Fe、Ni含量挤压铸造Al-Cu合金的耐热性能研究

发布时间：2017-08-30 20:25

  本文关键词：高Fe、Ni含量挤压铸造Al-Cu合金的耐热性能研究

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【摘要】：铸造耐热Al-Cu合金具有密度低、强韧性高和导热性好等优点,广泛应用于航空航天、军工发动机零件及汽车耐热零部件等。随着人们环保和资源意识的增强,以及发动机效率的不断提高,对铝合金的耐热性能提出了更高的要求。合金化是提高铸造耐热铝合金高温力学性能最重要的手段之一。采用先进铸造工艺改善铸造耐热铝合金中热稳定性好的第二相形貌及分布,也将有利于提高合金耐热性能。本文以挤压铸造Al-5.0Cu-0.6Mn合金为研究对象,研究了不同Fe、Ni含量和挤压压力对合金组织、室温及高温力学性能、抗蠕变性能的影响。研究结果如下:研究了挤压压力对不同Ni含量的Al-5.0Cu-0.6Mn-1.0Fe、Al-5.0Cu-0.6Mn-0.5Fe合金微观组织、室温及高温力学性能的影响。研究表明挤压压力细化合金的二次枝晶间距与晶粒,改善合金中富铁富镍相的形貌及分布,同时消除合金缩松中的等铸造缺陷,可获得致密的组织。随着温度的升高,合金的抗拉强度、屈服强度以及基体显微硬度都逐渐减小,而伸长率都逐渐增大。挤压压力显著提高合金在室温及200℃时的屈服强度和抗拉强度,但是随着温度的升高,挤压压力对合金屈服强度、抗拉强度的提升变得不明显。挤压压力对合金在各个温度下的伸长率及基体显微硬度都有显著提升。分析了Ni元素含量对Al-5.0Cu-0.6Mn-1.0Fe、Al-5.0Cu-0.6Mn-0.5Fe合金微观组织、室温及高温力学性能的影响。随Ni元素含量增加,Al-5.0Cu-0.6Mn-1.0Fe合金中粗大Al7Cu2Fe相的数量逐渐减少,对合金高温力学性能有利Al9Fe Ni相数量逐渐增多,含1.0Fe和1.5Ni的合金中形成了对合金高温力学性能有利的Al3Cu Ni相。并且,合金中富铁富镍相的尺寸逐渐减小,分布愈加弥散,形状更加复杂。随Ni元素含量的增加,Al-5.0Cu-0.6Mn-1.0Fe合金在各个温度下的屈服强度和抗拉强度都逐渐增加。随Ni元素含量增加,Al-5.0Cu-0.6Mn-0.5Fe合金中富铁富镍相的数量逐渐增加,但合金中并没有新的第二相形成,合金中整体第二相的尺寸略微减小,但分布变得不均匀,使得第二相强化作用的效果减弱,而且使合金铸造性能变差,组织变得不致密。富铁富镍相的增加使固溶于α基体的Cu元素减少,α相的固溶强化和沉淀强化作用减弱。随着Ni元素含量的增加,0.5Fe合金在各个温度下的屈服强度、抗拉强度呈下降趋势。分析了Fe元素含量对合金室温及高温强度的影响。在低Ni含量的合金中,Fe含量的增加对不同挤压压力下合金的室温及高温强度均不利。而在高Ni含量的合金中,Fe元素含量的增加有利于不同挤压压力下合金室温及高温强度的提升。研究了挤压压力对Al-5.0Cu-0.6Mn-1.0Fe-1.0Ni合金抗蠕变性能的影响。在不同的温度以及不同外加应力的蠕变实验条件下,75MPa挤压压力合金的抗蠕变性能均显著优于0MPa挤压压力合金。0MPa及75MPa挤压压力合金的蠕变机制都是位错攀移控制蠕变机制。
【关键词】：挤压铸造 Al-Cu合金 富铁富镍相 高温力学性 蠕变
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21;TG249.2
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 引言12-15
• 1.1.1 耐热铝合金概况13
• 1.1.2 变形耐热铝合金13-14
• 1.1.3 铸造耐热铝合金14-15
• 1.1.4 新型耐热铝合金15
• 1.2 Fe、Ni元素对耐热铝合金高温力学性能的影响研究现状15-19
• 1.2.1 Fe、Ni元素对变形耐热铝合金耐热性能的影响16
• 1.2.2 Fe、Ni元素对铸造耐热铝合金耐热性能的影响16-18
• 1.2.3 Fe、Ni元素对新型耐热铝合金耐热性能的影响18-19
• 1.3 耐热铝合金高温蠕变行为的研究现状19-23
• 1.3.1 金属材料的蠕变行为19-20
• 1.3.2 耐热铝合金蠕变研究现状20-23
• 1.4 挤压铸造概况23-25
• 1.4.1 挤压铸造工艺及特点23-24
• 1.4.2 挤压铸造在制备耐热铝合金方面的应用24-25
• 1.5 研究内容与意义25
• 1.5.1 研究内容25
• 1.5.2 研究意义25
• 1.6 课题来源25-26
• 第二章 材料和实验方法26-31
• 2.1 合金制备26-27
• 2.1.1 合金熔炼26
• 2.1.2 挤压铸造工艺26-27
• 2.2 热处理工艺27
• 2.3 性能测试及表征方法27-28
• 2.3.1 密度及孔隙率27
• 2.3.2 力学性能测试27-28
• 2.3.3 显微硬度28
• 2.3.4 蠕变实验28
• 2.4 物相及组织结构分析28-31
• 2.4.1 光学显微镜（OM）分析28-29
• 2.4.2 扫描电子显微镜（SEM）分析29
• 2.4.3 第二相数量分析29
• 2.4.4 透射电镜（TEM）分析29-30
• 2.4.5 电子探针（EPMA）分析30-31
• 第三章 Ni含量对挤压铸造Al-5.0Cu-0.6Mn-1.0Fe合金微观组织和力学性能的影响 .. 2031-56
• 3.1 铸态合金显微组织31-34
• 3.2 T7 热处理态合金显微组织34-41
• 3.2.1 SEM形貌及能谱分析34-38
• 3.2.2 TEM形貌及能谱分析38-39
• 3.2.3 富铁富镍相三维形貌39-41
• 3.3 T7 热处理态合金力学性能41-44
• 3.4 拉伸试样基体TEM形貌44-45
• 3.5 断口形貌45-47
• 3.6 分析与讨论47-54
• 3.6.1 挤压压力对合金力学性能的影响47-49
• 3.6.2 Ni元素含量对合金力学性能的影响49-54
• 3.7 本章小结54-56
• 第四章 Ni含量对挤压铸造Al-5.0Cu-0.6Mn-0.5Fe合金微观组织和力学性能的影响 .. 4556-77
• 4.1 铸态合金显微组织56-59
• 4.2 T7 热处理态合金显微组织59-64
• 4.2.1 SEM形貌及能谱分析59-64
• 4.2.2 富铁富镍相三维形貌64
• 4.3 T7 热处理态合金力学性能64-67
• 4.4 断口形貌67-70
• 4.5 分析与讨论70-76
• 4.5.1 挤压压力对合金力学性能的影响70
• 4.5.2 Ni元素含量对合金力学性能的影响70-74
• 4.5.3 Fe元素含量对合金力学性能的影响74-76
• 4.6 本章小结76-77
• 第五章 挤压压力对Al-5.0Cu-1.0Fe-1.0Ni合金抗蠕变性能的影响77-97
• 5.1 0MPa及 75MPa挤压压力下的Al-Cu合金的蠕变行为77-84
• 5.1.1 0MPa及 75MPa挤压压力下的Al-Cu合金的蠕变曲线77-80
• 5.1.2 0MPa及 75MPa挤压压力下的Al-Cu合金的蠕变性能80-84
• 5.2 0MPa及 75MPa挤压铸造Al-Cu合金的蠕变断口84-85
• 5.3 缩松及第二相对合金蠕变断裂的影响85-91
• 5.4 蠕变试样透射组织91-93
• 5.5 分析与讨论93-96
• 5.6 本章小结96-97
• 结论97-100
• 一． 本文研究结论97-99
• 二． 主要创新点99
• 三． 进一步研究建议99-100
• 参考文献100-110
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果110-111
• 致谢111-112
• 附件112

【参考文献】

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