多道次ECAE动态成型Al-Mg-Si合金导线组织与性能

借助S4800扫描电子显微镜、Philips DM420透射电子显微镜、SANS CMT5105电子万能材料试验机和QJ48双臂直流电桥,研究了多道次ECAE动态成型Al-Mg-Si合金导线的组织与性能。结果表明:4道次ECAE动态成型可制备平均尺寸在10μm左右甚至更小的Al-Mg-Si合金导线晶粒。随着Mg、Si含量的增加,合金导线的抗拉强度增大,伸长率与等效导电率降低。经160~170℃/7h时效处理后,Al-0.59%Mg-0.59%Si合金导线的抗拉强度、伸长率和等效导电率分别为305.71~309.63 MPa,4.7%~5.4%和55.18%IACS^56.33%IACS,与目前国产Al-Mg-Si合金导线(295 MPa,52.5%IACS)相比,导电性能显著提高。

Al-Mg-Si合金导线的生产现状及其发展前景

分析了铝合金导线的市场需求,以及国内外高强度铝合金导线的开发情况,提出了Al-Mg-Si合金导线的优势及应用领域,并对铝合金导线的制造及加工工艺进行了综述,对铝合金导线加工工艺的发展方向进行了展望。

稀土Al-Mg-Si合金导线的热处理与性能研究

采用稀土微合金化和热处理相结合的方法制备出了高强高导电率的铝合金导线,研究了均匀化退火温度和时间、时效温度和时间对合金显微组织、力学性能和导电性能的影响,优化了均匀化退火和时效热处理工艺。结果表明：相对于铸态合金,均匀化退火态合金的硬度降低而导电率提高;随着均匀化退火温度的升高和均匀化退火时间的延长,合金的显微硬度逐渐降低而导电率不断提高,适宜的均匀化退火工艺为570℃/8 h;随着时效温度的提高,导电率达到标准所需的时间缩短,而抗拉强度达到标准的时间先增加而后减小;稀土铝合金导线适宜的时效热处理工艺为190℃/9 h,此时铝合金导线的抗拉强度为242 MPa、导电率为60.2%IACS。

时效工艺对Al-Mg-Si合金导线抗拉强度和导电率的影响

采用连铸连轧和拉拔工艺制备Al-0.8Mg-0.7Si合金导线,利用直流双臂电桥和拉伸试验机,研究了自然时效和人工时效工艺对Al-0.8Mg-0.7Si合金导线抗拉强度和电导率的影响.结果表明:随着自然时效时间延长,铝合金导线的抗拉强度提高,导电率下降.当自然时效192h时,铝合金导线的抗拉强度达到最大值318MPa,导电率为52.5%IACS.随着人工时效时间延长,铝合金导线的抗拉强度和导电率提高.在175℃人工时效8h时,铝合金导线的抗拉强度达到最大值330 MPa,导电率为55.6%IACS.

Mn/Fe比对Al-Mg-Si合金组织和性能的影响

以Al-Mg-Si合金为研究对象,采用金属型铸造研究Mn/Fe比对其组织和性能的影响。结果表明:Al-Mg-Si铸态合金组织中枝晶间存在α-Al基体和大量析出相,主要以Mg_(2)Si相为主,还存在少量的共晶Si相、AlFeSi相和Al(FeMn)Si相。随Mn/Fe比的增大,合金中的晶粒逐渐变得细小圆整,且由树枝晶向等轴晶发生转变。Mn可以促进铝合金中针状的β-AlFeSi相向骨骼状、颗粒状或块状的α-Al(FeMn)Si相的转变。当Mn/Fe比为0.5时,合金的热导率达到最大值181.08 W·m^(-1)·K^(-1)。当Mn/Fe比为1.0时,合金的晶粒尺寸最小且具有最佳的力学性能,抗拉强度、伸长率和硬度相较于Mn/Fe为0.2时分别提升17.45%、49.57%和27.48%,达到167.35 MPa、17.23%、HV 62.86。

Al-Mg-Si合金在均匀化退火过程中的组织演变

通过光学显微镜、扫描电镜和差示扫描量热仪等技术手段研究了Al-0.7Mg-0.9Si合金在550℃均匀化退火过程中的显微组织演变。结果表明,合金的铸态组织存在严重偏析,晶界析出长条状Al(Fe, Mn)Si相和短棒状Mg_(2)Si相,晶内析出球状Q-AlCuMgSi相;随着均匀化退火时间的延长,枝晶偏析消失,Q-AlCuMgSi相和Mg_(2)Si相逐步回溶于基体,Al(Fe, Mn)Si相发生断续化转变。合金导电率呈先降低后缓慢升高的趋势。结合均匀化动力学计算,确定Al-Mg-Si合金合理的均匀化退火制度为550℃8 h。

耐热铝合金导线的耐热机制及其应用研究

研究耐热铝合金导线这类新型导线的发热机制,并探讨其在铁路输电线路中的应用效益。通过查阅相关文献资料,分析梳理这类新型导线的发热机理,并研究其主要性能,最后介绍这类导线在铁路输电线路改造工程中的应用。结果表明,Ф3.0的耐热铝合金单线在高温处理后其抗拉强度仍较高,强度保持率不低于95.4%。60%导电率的钢芯耐热铝合金绞线的耐热性能与钢芯耐热铝合金绞线是一样的,它们的连续允许使用温度都是150℃。与硬铝线相比,耐热铝合金导线在蠕变性能、耐腐蚀性方面都水平相当。经分析2008年山东省M市220 kV铁路输电线路扩容改造工程发现,只更换耐热导线的花费每千米只需45万元,而如果更换全部铁塔,花费为每千米133.9万元。由此可知,耐热铝合金导线具有良好的耐热性能,将其用于线路改造或新建中能有效节省投入费用,效益明显。

高含量Zn对Al-Mg-Si合金微观组织、力学性能及晶间腐蚀性能的影响

【目的】可热处理强化Al-Mg-Si合金由于高的比强度、良好的成形性、优异的耐腐蚀性和良好的焊接性能,广泛应用于交通运输,是车辆轻量化的首选材料之一。然而,高含量Zn对合金组织和晶间腐蚀性能的影响有待进一步研究。【方法】采用室温拉伸和晶间腐蚀试验,结合SEM/EDS、EBSD和TEM表征,分析Zn元素对Al-Mg-Si合金微观组织、力学性能及晶间腐蚀性能的影响。【结果】添加Zn合金的晶粒尺寸比不添加Zn合金的大。室温拉伸性能表明,添加Zn合金的强度明显高于不添加Zn合金,但添加Zn合金的断后伸长率降低。晶间腐蚀结果表明,添加Zn合金的最大晶间腐蚀深度大于不添加Zn合金。【结论】添加Zn元素有利于减少第二相颗粒的数量,减弱对晶界的钉扎作用,增大合金的晶粒尺寸。添加Zn元素增加细小β"相的数量密度,同时促进少量的η'相析出,提高合金的强度。添加质量分数为4%的Zn能够促进晶界析出相由β相向富Zn相转变,减小晶界析出相的间距,增大PFZ的宽度,降低合金的抗晶间腐蚀性能。

Al-Mg-Si合金双辊铸轧板坯不同位置处微观组织差异及其对板坯性能的影响

传统的热轧法生产Al-Mg-Si合金板材存在工序多、时间长和成本高等缺点,严重制约了Al-Mg-Si合金的发展,因此,近年来采用双辊铸轧工艺生产Al-Mg-Si合金板材获得了极大的关注。本工作采用双辊铸轧工艺制备Al-Mg-Si铝合金铸轧板坯,探究板坯不同位置的微观组织差异及其对板坯性能的影响,结果表明:板坯边部和心部的晶粒形貌差异明显,织构组成复杂,大量第二相沿晶界处不均匀分布,板坯内部存在明显的元素偏析。通过理论计算,铸轧板坯边部的织构强化贡献强度为10.7 MPa,晶界强化贡献强度为86.8 MPa,而铸轧板坯心部的织构强化贡献强度为15.1 MPa,晶界强化贡献强度为82.4 MPa,板织构和随机织构对于铸轧板坯的强度贡献有限,边部和心部的强度差异主要取决于晶界强化。板坯边部和心部存在不同程度的位错缠结,边部的位错密度高于心部,这与小角度晶界统计结果相一致。针对板坯组织不均匀性的特点,通过热力学计算,为板坯后续热处理制度提供了理论指导。

非等温时效对含银Al-Mg-Si合金多层摩擦表面显微组织和腐蚀行为的影响

研究非等温时效对添加不同银含量Al-Mg-Si合金多层摩擦表面显微组织和腐蚀行为的影响。通过在耗材棒横截面上钻孔的方式添加4%、8%和13%(质量分数)的银。采用光学显微镜和电子显微镜研究涂层的显微组织,采用显微硬度和拉伸实验研究涂层的力学性能,采用电化学测试研究样品的耐腐蚀性。结果表明,随着银添加量从4%(质量分数)增加到13%(质量分数),摩擦堆焊表面层的晶粒尺寸从(1.5±0.3)μm减小到(1.0±0.3)μm。铝基体中的溶质银能够加速Al-Mg-Si合金的析出动力学。经非等温时效处理后,含银涂层的屈服强度和抗拉强度分别比不含银涂层高50.6%和43.5%。经非等温时效处理后,材料的腐蚀电流密度降低,含银和不含银样品的耐腐蚀性均提高,含银涂层的耐蚀性比无银镀层提高了96.5%。

挤压速度对Al-Mg-Si合金压溃性能的影响

【目的】铝合金吸能盒作为汽车防撞梁的关键部件,其压溃性能是产品重要的衡量指标,而挤压速度也是挤压工艺的重要参数,因此研究挤压速度对铝合金压溃性能的影响具有重要意义。【方法】课题组以6063铝合金为试验材料,重点研究了挤压速度对Al-Mg-Si吸能盒型材力学性能、布氏硬度、电导率、微观组织和压溃性能的影响。【结果】1)挤压速度越快,合金拉伸后屈服强度、抗拉强度和硬度越高,而延伸率逐渐下降,但电导率变化并不明显;2)型材挤压后均呈现粗晶层,随着挤压速度增加,再结晶晶粒逐步向型材内部扩散,这与变形金属和模具间摩擦力密切相关;3)挤压速度越快,经70%压溃试验后裂纹数量和尺寸越明显,这与型材再结晶程度相关,当挤压速度为3 mm/s时其压溃性能最好。

高导铝合金导线的研发与应用分析

高导电率铝合金导线的研发与应用,能够提升电能传输效率、减少电能损耗,可满足特高压、远距离、大容量的输电需求,对电力电子设备、航天航空事业发展也有着不可忽视的积极影响。因此对高导电率铝合金导线的研制流程、关键要素、研发成果进行系统全面地分析探讨,对实践场景应用状况进行详细地研究分析,最后提出一系列切实可行的改善措施,有助于推动高导电率铝合金导线的研制与应用,为我国电力传输事业的发展提供重要的技术支撑。

添加Sn对不同Mg/Si比Al-Mg-Si合金时效硬化和析出行为的影响

采用硬度测试和透射电镜研究Sn对不同Mg/Si比Al-Mg-Si合金时效硬化与析出行为的影响。结果表明:添加Sn虽然增加了低Mg/Si比合金峰值时效的析出相密度,但也降低了β″相的析出速度,从而降低了低Mg/Si比合金峰时效前的硬化速度和峰时效硬度。过时效阶段,含Sn合金的高析出相密度提高了低Mg/Si比合金过时效硬度。对于高Mg/Si比合金,添加Sn不仅增加合金的析出相密度,同时也提高了β″相的析出速度,从而增加了合金的硬化速度和峰时效硬度。

电磁铸轧Al-Mg-Si合金短流程制备工艺对其组织和力学性能的影响

采用电磁铸轧制备出无大尺寸中心偏析缺陷的Al-Mg-Si合金板坯,探究了短流程工艺(直接冷轧)和传统工艺路线(长时间均匀化后冷轧)对第二相演变、元素分布和力学性能的影响。结果表明,电磁铸轧Al-Mg-Si合金经直接冷轧后,第二相颗粒被显著破碎、细化,位错密度增大,因此,仅需短时固溶处理便可使初生Mg_(2)Si相快速回溶到α(Al)基体中,并使主要合金元素(Mg和Si)均匀分布。直接冷轧的样品经固溶处理后获得了细小的再结晶组织,并保留了部分未再结晶晶粒,增强了时效硬化能力。因此,在T4P和模拟烘烤硬化处理状态下,采用短流程工艺路线的Al-Mg-Si合金具有良好的力学性能,其强度和塑性均与传统工艺路线处理后的样品基本相同。结果表明,电磁铸轧Al-Mg-Si合金可以省略长时间的均匀化处理工艺,具有实现汽车用Al-Mg-Si合金短流程制备的潜力。

Zn对Al-Mg-Si合金时效析出相稳定性影响的第一性原理研究

6000系Al-Mg-Si合金综合力学性能优良,具有比强度高、成型性能好、焊后表面质量高、耐腐蚀性好等特点,目前已经广泛应用于制造汽车车身板材。该系合金为可热处理强化合金,可以通过提高合金的时效响应速度,使合金在时效过程中获得尽可能大的强度提升。目前常用的措施是在合金中添加少量的Zn元素来促进时效析出,但Zn对合金时效析出相稳定性的影响却尚不明确。因此,本工作主要采用第一性原理计算的方法,计算了添加Zn的Al-Mg-Si合金中可能形成的Mg-Si相(包括Mg-Si GP区、β″相)和Mg-Zn相(包括Mg-Zn GP区、η′相)的晶格常数、形成焓。其中Mg_(2)Si_(1)Al_(3)、Mg_(2)Si_(3)Al_(6)、AlMg_(4)Si_(6)、Mg_(1)Si_(1)四种可能的Mg-Si GP区晶胞的形成焓从大到小为Mg_(2)Si_(1)Al_(3)、Mg_(2)Si_(3)Al_(6)、AlMg_(4)Si_(6)、Mg_(1)Si_(1),均低于Mg-Zn相的形成焓,说明Mg_(1)Si_(1)结构的GP区最稳定,且在添加少量Zn元素的Al-Mg-Si合金中很难形成Mg-Zn相。随后又进一步计算了Zn原子在Mg_(1)Si_(1)GP区和峰时效态析出相β″相中掺杂前后的晶格常数、形成焓、电子态密度,结果表明Zn原子的掺杂能够降低Mg-Si GP区和β″相的形成焓并提高其共价键强度,从而可能促进时效过程中Mg-Si GP区和β″相的形成,提高合金的时效响应速度。

不同工艺参数挤压铸造汽车用Al-Mg-Si合金的组织与性能

采用OM、SEM、拉伸试验、断口形貌观察等研究了不同压力(60~150 MPa)和加压速度挤压铸造Al-6.5Mg-1.5Si合金的组织与力学性能。结果表明:铸态Al-6.5Mg-1.5Si合金组织主要由α-Al和共晶Mg2Si组成。随着挤压铸造压力的增加,合金组织中α-Al晶粒和共晶Mg2Si相逐渐细化,α-Al枝晶逐渐减少,合金的致密度逐渐提高。随着挤压铸造压力的增加,合金的抗拉强度和伸长率逐渐提高,但提高幅度逐渐放缓,加压速度对Al-6.5Mg-1.5Si合金的力学性能影响不大。压力150 MPa,加压速度0.3 m/s挤压铸造的Al-6.5Mg-1.5Si合金的抗拉强度和伸长率均达到最大值,分别为257.6 MPa和6.2%。

Al-Mg-Si系铝合金电子束焊接头的显微组织及力学性能

采用正交试验法对厚度为4 mm的Al-Mg-Si系铝合金进行电子束焊,研究不同焊接工艺参数对接头显微组织与力学性能的影响。极差分析表明:影响接头抗拉强度的因素由大到小依次为焊接速度、电子束流、聚焦电流;方差分析表明:焊接速度和电子束流对接头抗拉强度的影响具有显著性,聚焦电流对接头抗拉强度的影响不显著。确定试验条件下的最佳工艺参数为:聚焦电流570 mA,电子束流25 mA,焊接速度16 mm/s,在该参数下获得接头的抗拉强度为212 MPa,达母材抗拉强度的65.8%。微观分析显示,接头焊缝区由柱状晶和等轴晶组成。焊缝区主要为α(Al)基体相,此外,还含有少量的Mg2Si和Al4CuMg5Si4强化相。接头区域的显微硬度测试表明:与母材区相比,熔合区的硬度有所降低。接头拉伸断口表面分布有数量较多的韧窝,呈明显的韧性断裂特征。

Fe含量对Al-Mg-Si合金微观组织和力学性能的影响

采用电子拉伸试验机、金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等检测手段,研究不同固溶温度下Fe含量对Al-MgSi合金铸棒微观组织和力学性能的影响。结果表明:Fe含量为0.14%(质量分数,下同)时,Al-Mg-Si合金具有最高的强度和断后伸长率,随着固溶温度升高,合金强度不断提高,固溶温度520℃以上时合金强度趋于高点,抗拉强度280 MPa,屈服强度259 MPa,断后伸长率13.40%;时效处理后晶界处富Fe相是球形的α-Al_(8)Fe_(2)Si,对合金基体割裂作用弱,弥散分布在晶界处起到钉扎晶界的作用;当Fe含量低于0.14%时,晶界处球形的α-Al_(8)Fe_(2)Si极少,钉扎晶界弱,在500℃以上固溶时,晶粒明显长大,断后伸长率大幅度降低;当Fe含量高于0.14%时,富Fe相多为长条状的β-Al_(5)FeSi,对界面割裂作用强,随着Fe含量增加,合金强度和断后伸长率不断降低;此外,Fe含量影响β"相时效过程的析出转变,Fe含量为0.14%时,β"强化相析出的尺寸小、数量多、分布密集,对位错运动阻碍作用最强。

预时效对含0.1%In的Al-Mg-Si合金微观结构和力学性能的影响

采用硬度测试、拉伸测试、扫描电镜和透射电镜系统研究微量In添加与不同预时效工艺对Al-Mg-Si合金微观结构和力学性能的影响。结果表明:添加0.1%(质量分数)In的Al-Mg-Si合金在100℃/3 h预时效下,同时具有较低的T4P态硬度以及更高的烘烤硬度(118.56HV,相比于无预时效的Al-Mg-Si合金硬度提高了15.08%)和抗凹陷性。这说明预时效处理和In微合金化的复合作用能够抑制自然时效的有害影响,并提高合金的烘烤硬化性。微量In添加能够细化Al-Mg-Si合金中的含Fe相,促进合金时效过程中β″相的形成,从而提高合金的硬度。但是,In元素添加降低了Al-Mg-Si合金的伸长率,这是由In在铝基体中固溶度较低,形成了In颗粒导致的。

微量Zr添加对6082铝合金热变形再结晶组织演变的影响

为探究微量Zr合金化对6082铝合金热变形组织及其后续热处理过程中再结晶的影响,对比研究6082铝合金和含Zr的6082铝合金在不同应变速率(0.01,1 s^(-1))下的热变形行为及微取向演变,分析热处理前后晶粒组织的演变过程,进一步讨论添加Zr对6082铝合金的热变形亚晶组织和再结晶组织的调控作用。结果表明:添加Zr使6082铝合金在热变形过程中的再结晶以不连续动态再结晶为主,同时也发生了粒子激发形核(particle stimulated nucleation,PSN)机制产生的再结晶,在热变形过程中,Zr还起到了抑制再结晶的作用。微量Zr合金化后亚晶尺寸减小、位错密度增加,再结晶水平降低,且应变速率越高的试样再结晶水平越低,Zr的加入促进了6082铝合金在热变形过程中不连续动态再结晶的产生。