Al-Cu-Fe准晶的制备及在ZL101中的应用

发布时间：2017-10-03 11:00

  本文关键词：Al-Cu-Fe准晶的制备及在ZL101中的应用

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【摘要】：铸造Al-Si合金有着非常好的铸造性能，如：流动性比较好，收缩率小，铸件致密和耐磨性好，在铸造铝合金中应用最为广泛。然而通过常规铸造法得到的合金中，初晶硅十分粗大，这降低了铝合金的综合性能。目前，通过向Al-Si合金中添加第二相，来改变铝硅合金中Si相的形态。Al-Cu-Fe准晶颗粒具有高的硬度、高的耐磨性，且和铝合金基体的润湿性好。因此非常适合作为Al-Si合金的强化相。本文中，为了改善Al-Si合金的性能，将Al-Cu-Fe准晶加入ZL101合金中。这样一方面可以制备高性能的铝基复合材料，另一方面也能为准晶的研究提供一定的实验基础。 本文中，通过常规铸造的方法制备了Al63Cu25Fe12和Al60Cu25Fe12Si3准晶中间合金，对它们的微观结构和相的组成进行分析。并研究热处理对准晶相形成的影响。选取一种最佳的Al-Cu-Fe准晶成分作为Al-Si合金的强化相。将选择的准晶颗粒进行球磨处理，以此来获得75-150μm的准晶颗粒。然后将准晶颗粒加入ZL101合金中，研究准晶加入量、浇注温度和热处理工艺对Al60Cu25Fe12Si3颗粒增强ZL101复合材料微观组织和性能的影响。 试验表明：铸态Al63Cu25Fe12和Al60Cu25Fe12Si3准晶中间合金在凝固的过程中主要生成了4种不同的相：λ相、准晶I相、β相（τ相）和其他微量相。经过热处理后，β相衍射峰强度明显降低，与Al63Cu25Fe12相比，Al60Cu25Fe12Si3合金中大部分β相转变为I相，且其他杂相较少，因此选择Al60Cu25Fe12Si3准晶作为Al-Si合金的强化相。 Al60Cu25Fe12Si3准晶颗粒加入ZL101合金后，初生-Al的尺寸减少，且它的一次枝晶变细，二次枝晶的间距变小，其形态开始转变为蔷薇状。另外片状或者长条状的共晶Si被打断，其尺寸变得比较细小。随着准晶加入的含量的增多，-Al和共晶Si会进一步细化。 准晶的加入的质量分数分别为1%、2.5%和4%，当浇注温度一定时（680℃、700℃或者720℃），随着加入含量的增多，复合材料的抗拉强度、硬度和伸长率有着较为明显的提升。当浇注温度为700℃，Al60Cu25Fe12Si3准晶颗粒加入量为4%时，复合材料的性能最佳。其抗拉强度、硬度和伸长率分别为245MPa、69.6HB和4.1%。与ZL101相比分别提高了34.6%、35.9%和28.1%。根据宏观断口和微观断口的综合分析，准解理断裂是准晶增强ZL101复合材料主要的断裂方式。 本文中热处理的工艺为：固溶535℃±5℃/8h，65℃水淬后，时效温度为170℃±5℃，时间为6h、8h和10h。由于共晶Si在热处理的过程中完成了熔断和粒化的阶段，所以热处理后，共晶Si的形貌有了明显的改善，大部分共晶Si已经粒化。 此外热处理后，复合材料的力学性能有了较为明显的提高。随着时效保温时间的增加，，其抗拉强度和硬度也会有一定的增加，但其塑性有所降低。当时效温度为10h时，抗拉强度、硬度和伸长率分别为302MPa、103.6HB和5.5%，与铸态复合材料相比，分别提高了：23.3%、48.9%和34.1%。
【关键词】：Al-Cu-Fe准晶 热处理 ZL101 常规铸造 力学性能 微观组织
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21;TB33
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-24
• 1.1 铝和铝合金概述11-13
• 1.1.1 铝及铝合金的性质11
• 1.1.2 Al-Si 合金的应用现状11-13
• 1.2 准晶材料的发现与研究13-15
• 1.2.1 准晶的发现13-14
• 1.2.2 准晶的分类14
• 1.2.3 准晶的制备14-15
• 1.3 Al-Cu-Fe 准晶材料的研究15-17
• 1.3.1 Al-Cu-Fe 准晶的相与成分15-16
• 1.3.2 Al-Cu-Fe 准晶的性能16-17
• 1.4 准晶材料的应用17-18
• 1.5 准晶增强铝基复合材料的研究进展18-23
• 1.5.1 准晶增强铝基复合材料的强化机制18-20
• 1.5.2 准晶增强铝基复合材料的研究进展20-23
• 1.6 课题的研究意义、目的和内容23-24
• 1.6.1 课题的研究意义和目的23
• 1.6.2 课题的研究内容23-24
• 2 实验方案和研究方法24-31
• 2.1 合金的选取24-25
• 2.1.1 基体合金的选取24-25
• 2.1.2 增强相 Al-Cu-Fe 系合金成分的选择25
• 2.2 实验方案25-26
• 2.3 实验的主要设备和测试方法26-31
• 2.3.1 AlCuFe 系准晶的主要实验设备和测试方法26-28
• 2.3.2 复合材料的主要实验设备和测试方法28-31
• 3 铸态 Al-Cu-Fe 系准晶的制备及微观结构分析31-41
• 3.1 Al-Cu-Fe 系准晶成分的确定31-32
• 3.2 Al-Cu-Fe 系合金的制备32-35
• 3.3 铸态 Al-Cu-Fe 系合金微观组织的分析35-38
• 3.4 铸态 Al-Cu-Fe 系合金 X 衍射分析38-39
• 3.5 热处理对 Al-Cu-Fe 系准晶相形成的影响39-40
• 3.6 本章小结40-41
• 4 (Al_(60)Cu_(25)Fe_(12)Si_3)p/ZL101 复合材料的组织和性能41-56
• 4.1 复合材料制备工艺的研究41-42
• 4.1.1 准晶加入温度的研究41-42
• 4.1.2 准晶颗粒加入位置和搅拌位置的确定42
• 4.2 复合材料的制备42-44
• 4.2.1 增强相颗粒的预处理42-43
• 4.2.2 复合材料的制备43-44
• 4.3 ZL101 的显微组织和力学性能44-46
• 4.4 加入 Al_(60)Cu_(25)Fe_(12)Si_3)颗粒对 ZL101 复合材料的影响46-47
• 4.5 颗粒含量（Al_(60)Cu_(25)Fe_(12)Si_3)）p/ZL101 铝基复合材料微观组织的影响47-49
• 4.6 颗粒含量对（Al_(60)Cu_(25)Fe_(12)Si_3)）p/ZL101 铝基复合材料力学性能的影响49-51
• 4.7 （Al_(60)Cu_(25)Fe_(12)Si_3)）p/ZL101 铝基复合材料断口分析51-54
• 4.8 复合材料的强化机理54-55
• 4.9 本章小结55-56
• 5 热处理对(Al_(60)Cu_(25)Fe_(12)Si_3))p/ZL101 复合材料组织和性能的影响56-61
• 5.1 （Al_(60)Cu_(25)Fe_(12)Si_3)）/ZL101 复合材料的热处理工艺56-57
• 5.2 热处理对（Al_(60)Cu_(25)Fe_(12)Si_3)）/ZL101 复合材料组织的影响57-58
• 5.3 热处理对复合材料力学性能的影响58
• 5.4 热处理对（Al_(60)Cu_(25)Fe_(12)Si_3)）/ZL101 复合材料断口形貌的影响58-59
• 5.5 热处理的强化机理59-60
• 5.6 本章小结60-61
• 结论61-63
• 参考文献63-68
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果68-69
• 致谢69-70

【参考文献】

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