锻造及热处理工艺对Al-7Si-1.6Cu-0.5Mg合金组织及热疲劳性能的影响

发布时间：2017-12-17 08:16

  本文关键词：锻造及热处理工艺对Al-7Si-1.6Cu-0.5Mg合金组织及热疲劳性能的影响

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【摘要】：本文通过对自制的新型Al-7Si-1.6Cu-0.5Mg合金进行细化变质处理、热锻处理、T6热处理。通过力学性能测试以及OM,SEM和TEM的组织观察,研究了锻造热处理工艺对Al-7Si-1.6Cu-0.5Mg合金组织与综合性能的影响。同时研究了新型材料在不增加机械应力的条件下,在自约束热疲劳实验机上模拟发动机内活塞工作时受温度场的影响。通过金相显微镜、扫描电子显微镜等仪器研究了新型Al-7Si-1.6Cu-0.5Mg合金的四种状态在温度涨落过程中,材料表面裂纹萌生和扩展过程。分析了热应力和组织缺陷对裂纹生长的影响以及裂纹萌生和扩展机理、机制。经过详细的观察、数据统计,在不同的工艺和循环周期下合金裂纹萌生的位置和裂纹扩展的轨迹。主要研究了疏松、缩孔、氧化腐蚀孔洞等缺陷和第二相的位向对裂纹的萌生和扩展的影响以及在不同温度幅条件下裂纹生长的曲线图。经过研究得到以下主要结论:1、经过均匀化(500℃,8 h)、锻造(锻造温度450℃~380℃,应变速率60 s-1~90 s-1,道次压缩比10%~20%)、热处理((固溶480℃,2 h,70℃,水冷),(时效180℃,6 h))之后,与铸态试样相比,其综合性能大大提高,抗拉强度为380MPa、硬度为120HV、延伸率为8%。2、在热锻的过程中,粗大的片状共晶Si相会在锻压力的作用下,发生碎断和球化,在动态再结晶的过程中,形成等轴状的共晶硅相。在T6热处理之后,析出大量均匀、弥散分布的纳米级第二相,对基体起到弥散强化作用。3、实验从加工硬化与位错密度之间的关系角度解释了经过锻造之后材料强度提高的原因。从位错曲线图中,可以看出当位错密度高于位错最低点ρm之后,强度与位错密度成正比。在锻造过程中,位错密度不断增加,位错在运动过程中会发生交互作用形成割阶,起到加工硬化作用。4、在20?300℃,20?350℃,20?400℃三种温度环境下,锻造热处理的新型Al-7Si-1.6Cu-0.5Mg的热疲劳抗性均优于铸态、细化变质态、热锻态。当循环温度为20?350℃时,其锻造热处理试样的抗热疲劳性能明显好于其它三个试样。当下限温度(Tmin)不变时,随着上限温度(Tmax)的增加,四种状态的Al-7Si-1.6Cu-0.5Mg合金的承受能力都降低。当最高温度(Tmax)在区间300~350℃时,材料的温度敏感性要稍微高于温度区间在350~400℃。5、四种试样在热循环的过程中都会出现氧化腐蚀孔洞现象,但锻造热处理的试样上出现的孔洞最少。当孔洞ρ较大时可延缓裂纹的萌生。与晶内针孔状疏松相比,晶界疏松缺陷更易导致裂纹的形成和扩展。锻造之后的试样,晶体内存在微裂纹会虚弱试样的抗热疲劳性能。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG146.21;TG319;TG166.3

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