Al-Ti-C与Al-Ti-B晶粒细化剂的Zr中毒机理

通过采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)等对Al-Ti-Zr-C与Al-Ti-Zr-B试验合金中Al3Zr、Al3Ti、TiC或TiB2等第二相粒子结合情况的观察,研究晶粒细化剂的Zr中毒机理。结果表明:两种实验铝合金的凝固组织中Al3Zr均容易与Al3Ti结合形成聚积体,从而抑制了Al3Ti异质形核、细化晶粒的作用,出现所谓晶粒细化剂的Zr中毒现象;而TiC、TiB2粒子基本不与Al3Zr结合,但受Al3Zr的影响出现了团聚现象。根据边-边匹配晶体学模型(E2EM)计算表明:Al3Zr与Al3Ti、α-Ti具有多种可能的共格位向关系,而与TiC/TiB2粒子均只有一种可能的共格位向关系。母相-新相的共格位向关系的多少可作为晶粒细化剂设计的晶体学理论参考。

Al-Ti-C和Al-Ti-B对7050铝合金微观组织与力学性能的影响

采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS),结合拉伸力学性能与维氏硬度测试,研究了Al-5Ti-1B和Al-5Ti-0.2C晶粒细化剂对含Zr的7050铝合金铸态、均匀化态以及时效变形态的微观组织演变规律、第二相析出行为及力学性能的影响。结果表明:在7050合金中,Zr元素会使Al-5Ti-1B和Al-5Ti-0.2C均发生细化"中毒现象",降低晶粒细化剂的细晶效果;与Al-Ti-1B相比,增大Al-Ti-0.2C晶粒细化剂的添加量对于缓解"Zr中毒"现象,细化晶粒更有效,且能够提高合金强度与硬度,并使合金保持较好伸长率;同时,使用Al-5Ti-0.2C晶粒细化剂的7050合金,其第二相的分布较使用Al-5Ti-1B晶粒细化剂更加弥散、均匀。

蠕变时效对7050铝合金板材组织与性能的影响

通过金相显微、透射电子显微、电子拉伸和剥落腐蚀实验研究了7050铝合金板材蠕变时效与人工时效的微结构及性能。结果表明:蠕变时效过程中施加的应力使板材不断产生变形,为η′析出相提供了大量形核点,析出相尺寸更加细小,特别是晶界无沉淀带较人工时效明显变窄,晶界析出相不连续。与人工时效相比,蠕变时效试样的抗拉强度和抗剥落腐蚀性能略有提高。

平衡相对Al-7.8Zn-1.6Mg-1.8Cu-0.12Zr铝合金性能影响:第一性原理研究

采用基于热力学相图计算软件Thermo-Calc、JMatPro对典型成分7085合金的平衡相种类及含量进行了计算分析,并结合基于第一性原理的赝势平面波方法和广义梯度近似方法采用CASTEP软件包系统计算了各平衡相的形成热、结合能、费米能以及弹性常数,并根据计算结果探讨了平衡相对合金耐蚀性能以及强韧性能的影响。计算结果表明:合金中除α-Al基体外,主要为MgZn2,Al2Cu,Al3Zr。所有平衡相的形成均为自发反应的放热过程。其中,MgZn2与α-Al费米能值相差最大,最易与α-Al形成微腐蚀电池而导致合金耐蚀性能下降,而Al2Cu相与α-Al基体的费米能差值最小,相对不易形成微腐蚀电池。弹性模量计算结果同时表明:Al3Zr在所有相中具有最大的体模量、剪切模量、弹性模量以及杨氏模量,对合金强韧性能提升最大。

再时效处理对2219-T6铝合金叉形环显微组织和力学性能的影响

通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和室温拉伸性能测试等分析方法,研究再时效处理对2219-T6铝合金叉形环显微组织与力学性能的影响。结果表明:在170℃下再时效12 h时,构件抗拉强度达到406 MPa,屈服强度达到314 MPa,伸长率为8%,其力学性能和成形性的综合效果最佳。延长时效时间,与(170℃,12 h)时效态相比,第二相粒子出现明显的团聚现象,晶界无析出带(PFZ)宽度增加,合金中析出相长宽比减小,θ″相含量下降,大部分转变成亚稳相θ′,部分生成粗大的平衡相θ,其力学性能明显下降。

时效工艺对3003铝合金阴极箔组织、比电容和表面腐蚀形貌的影响

采用电阻仪、扫描电子显微镜、透射电镜、X射线衍射仪以及比电容测定仪等研究了时效工艺(温度80～160℃,时间3～9h)对3003铝合金阴极箔组织、比电容和表面腐蚀形貌等的影响。结果表明:阴极箔经80℃×3h时效处理后,析出相粒子以细小弥散的MnAl6为主,冷轧至成品后位错分布均匀,比电容可达580μF.cm-2;160℃时效后阴极箔中粗大的(Fe,Mn)Al6相增多,冷轧至成品后位错分布不均,腐蚀表面出现大的孔洞,不利于比电容的提高。

复合能场铸轧对AZ61镁板组织及性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜、拉伸及弯曲性能测试等分析手段,研究复合能场(超声波和电磁场)铸轧工艺对AZ61镁合金板微观组织、力学性能和加工性能的影响。结果表明:与常规铸轧镁合金板带相比,复合能场可有效减小晶粒尺寸,并使析出相均匀弥散分布;施加复合能场之后,铸轧板抗拉强度、屈服强度及伸长率较常规铸轧板分别提高10.58%、12.84%和52.17%,而终轧成品板分别提高10.45%、20.56%和65.25%,且板材轧制后具有裂纹倾向小、抗弯强度及最大挠度大、弯曲抗力小等性质,可有效减少加工过程中材料及工具磨损,获得较好的综合性能。

AA6061铝合金冷轧过程中织构的演变与断裂机制

对商业用21.5 mm厚度的AA6061铝合金板材进行520℃/3 h固溶处理后,热轧到10 mm厚度,然后冷轧,冷轧变形量分别为21%、59%、78%和90%。通过拉伸性能测试、取向分布函数(ODF)、扫描电镜(SEM)、背散射电子衍射(EBSD)及透射电镜(TEM)等对该合金在冷轧过程中的织构演变、以及冷轧变形量对合金力学性能与断裂机制的影响进行研究。结果表明:随冷轧变形量增加,AA6061铝合金的变形织构逐渐增强,再结晶织构逐渐减弱;合金的抗拉强度随变形量增大而增加,变形量为90%时抗拉强度从热轧态的220 MPa提高到320 MPa;材料的屈服强度与抗拉强度大致相等,两者的变化相仿;随变形量增加,合金的断裂机制由韧窝型断裂转变为韧窝型断裂与沿晶型断裂并存的混合型断裂;伸长率下降,变形量为90%时,伸长率从热轧态的19%左右下降到4.5%。

不同条件高温压缩变形后35CrMo钢的显微组织

采用Gleeble-3810型热模拟试验机在变形温度为8501 150℃、应变速率为0.01{50 s^(-1)的条件下对35CrMo钢铸坯进行了变形量为60%的热压缩变形试验,结合真应力-真应变曲线特征,研究了应变速率和变形温度对其压缩后显微组织的影响。结果表明:在不同条件下压缩变形后,试验钢的显微组织均具有动态再结晶特征;同一应变速率下,随着变形温度的升高,压缩后的动态再结晶晶粒逐渐变大;同一变形温度下,随应变速率的增大,动态再结晶晶粒逐渐变小;热压缩变形后,试验钢不同位置处的晶粒尺寸不同,中心区域大变形区的晶粒最为细小,随着距中心区域垂直距离和水平距离的增大,晶粒尺寸逐渐变大。

35CrMo钢控温模锻加热过程中奥氏体晶粒长大行为

将35CrMo钢试样在不同的加热温度和保温时间下进行等温奥氏体化处理,采用正较实验法研究加热温度与保温时间对奥氏体平均晶粒尺寸的影响,并对奥氏体晶粒长大行为进行研究。结果表明:当保温时间一定时,奥氏体晶粒尺寸随加热温度升高而增大,奥氏体晶粒的粗化温度为950℃;当加热温度一定时,奥氏体晶粒尺寸随保温时间延长而增大,保温初期晶粒快速长大,随保温时间延长,晶粒长大速率放缓。综合考虑加热温度、保温时间和初始奥氏体晶粒尺寸的影响,推导出35CrMo钢奥氏体晶粒长大模型,用该模型计算的晶粒尺寸与实验结果基本吻合。

退火温度对冷轧态5754铝合金板材组织与性能的影响

在160~400℃范围内对5754铝合金冷轧板进行退火处理,通过显微硬度与拉伸性能测试、金相显微组织与拉伸断口形貌观察等,研究5754铝合金冷轧板的再结晶温度以及退火温度对其力学性能和显微组织的影响。结果表明:随退火温度从160℃升高到400℃,板材的伸长率逐渐增加,但硬度、抗拉强度以及屈强比不断降低,屈强比由0.891降低到0.463。退火温度达到360℃后力学性能趋于稳定;冷轧态5754铝板的再结晶温度为294℃,再结晶终了温度为360℃;在290~300℃温度区间内,随退火温度升高,铝板的显微组织变化明显,于290℃退火后基本上呈现原始的纤维状组织,于300℃退火后出现大量的再结晶晶粒。合金冷轧板及其退火后的拉伸断口主要由韧窝和撕裂棱组成,属穿晶型韧性断裂。

时效处理对Al-7.8Zn-1.6Mg-1.8Cu-0.12Zr合金超声铸锭轧件组织与抗腐蚀性能的影响

分别采用T6、T73和RRA 3种时效制度对超声铸造Al-7.8Zn-1.6Mg-1.8Cu-0.12Zr铝合金热轧板进行时效处理,研究时效制度对材料的组织、力学性能与耐腐蚀性能的影响,并与未经超声熔体处理的合金热轧板进行对比。结果表明:对于超声铸造Al-7.8Zn-1.6Mg-1.8Cu-0.12Zr铝合金的热轧板,与T6时效态合金相比,T73时效态合金的抗腐蚀性能较好,但强度显著降低,RRA状态的合金强度与T6态合金相当,抗腐蚀性能显著提高;相对于未经超声熔体处理的合金,在超声波的空化、声流和机械振动效应的作用下,铸态合金的合金元素固溶度以及基体空位浓度都增加,在其组织遗传效应的影响下,采用相同时效工艺处理后合金中析出相的分布更加均匀但出现部分粗化现象,均匀分布的细小析出相对合金的强度有积极影响,粗化的析出相对合金的强度不利,但能提高合金的耐腐蚀性能。

晶粒细化剂对PS版用铝板基腐蚀性能的影响

采用电化学工作站,扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM)等方法,研究了Al-5Ti-1B与Al-5Ti-0.2C晶粒细化剂对预涂感光版(PS)用1050铝板基的微观组织及腐蚀性能的影响。结果表明:采用Al-5Ti-1B细化剂的铸轧板中存在粗大的铁、硅第二相,PS版铝板基中存在聚集第二相和位错缠结,电解腐蚀时,出现局部腐蚀严重,腐蚀孔洞分布不均匀等现象;添加Al-5Ti-0.2C晶粒细化剂的铸轧板中,铁硅相相对细小,分布也更加均匀,无聚集现象,PS版铝板基中第二相细小弥散,分布均匀,电解腐蚀时,腐蚀速率快,腐蚀均匀,电解腐蚀性能得以改善。

锰含量对1050铝合金PS版基组织及性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜等观察方式与拉伸测试手段,研究了锰含量对PS版基用1050铝合金微观组织与力学性能的影响。结果表明,基体纤维组织的细化程度随锰含量的增加而提高,但是Mn在1050铝合金中的细化效果远不及Al-Ti-C的;随着锰含量增加(w(Mn)=0.1%、0.2%、0.3%),1050铝合金中第二相Al3Fe、β-Al(Fe,Si)随之减少,α-Al(Fe,Si)、Al6Mn相却随锰含量的增加而增多;当w(Mn)=0.2%时,基体的第二相占比降到最低值,当w(Mn)=0.3%时,基体初步形成了较为粗大的Al-Fe-Mn化合物;PS版基的抗拉强度随着锰含量的增加而降低,合金硬度值随锰含量的增加而增大。

Ar/CCl_4联合净化对2219铝合金铸锭组织与力学性能的影响

借助氢含量检测、金相组织观察、力学性能测试和拉伸断口形貌观察等检测和分析方法,研究Ar/CCl_4联合净化对2219铝合金铸锭的组织与力学性能的影响,并与用固态RFI型精炼剂(简称RFI精炼剂)精炼的合金进行对比,同时,揭示精炼介质对夹杂物和氢的作用机制。结果表明:相对于用Ar/RFI联合精炼,采用Ar/CCl_4联合精炼2219铝合金熔体具有更高的除氢效率,并可有效抑制铸锭中缩松、气孔和夹杂的产生,Ar/RFI联合精炼和Ar/CCl_4联合精炼的除氢率分别为8.57%和17.67%;连续2次采用相同介质精炼时,Ar/CCl_4精炼的二次除氢率(15.4%)比Ar/RFI精炼的二次除氢率(8.57%)高;采用1次Ar/RFI联合精炼+2次Ar/CCl_4联合精炼时铸锭的抗拉强度和伸长率分别达到205.69 MPa和14.5%。此外,相对于1次Ar/RFI联合精炼+1次Ar/CCl_4联合精炼,合金经一次Ar/RFI联合精炼+2次Ar/CCl_4联合精炼后的抗拉强度提高21.63 MPa,伸长率提高4.04%,合金的断裂行为由脆性断裂向韧性断裂转变。

修正的Zerilli−Armstrong、Johnson−Cook及Arrhenius本构模型对C-276哈氏合金流变应力的预测

为进一步揭示C-276哈氏合金的高温流变行为,在温度为1223~1423 K,应变速率为0.01~10 s−1条件下对该合金进行热拉伸测试,并基于修正的Zerilli−Armstrong模型、Johnson−Cook模型和应变补偿的Arrhenius模型,分别构建相应的本构方程来反映C-276哈氏合金高温流变应力。同时,采用相关系数(r)和绝对误差(Δ)对这3个模型的预测精确性进行评价,计算结果显示Zerilli−Armstrong、Johnson−Cook和Arrhenius本构模型的r值分别为0.935、0.968和0.984,Δ值分别为13.4%、10.5%和6.7%。此外,对比分析在0.1~0.5应变范围内流变应力的实验值与预测值,结果进一步表明改进的Arrhenius模型对C-276哈氏合金的高温流变行为具有较好的预测能力。

弥散相对3003铝合金再结晶晶粒尺寸的影响

针对3003铝合金冷轧板再结晶退火时出现的晶粒粗大问题,通过光学显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等方法,研究均匀化退火和中间退火过程中形成的弥散相的种类、尺寸和分布情况对3003铝合金再结晶晶粒尺寸的影响机理。结果表明:3003铝合金铸轧板的再结晶开始温度约为540℃;均匀化退火过程中形成的预析出的粗大弥散相对再结晶有促进作用,而细小弥散相对再结晶有抑制作用;中间退火过程中析出的弥散相对再结晶的抑制作用微弱;500℃中间退火200s后,板材基体内没有弥散相析出,此时再结晶优于弥散相析出率先发生;500℃中间退火2h后,板材基体内会析出大量细小的AlMnSi相;3003铝合金的最佳均匀化退火温度区间为560~580℃。

Al-Ti-B合金中AlB_2、TiB_2和TiAl_3的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究0 K条件下Al-Ti-B体系中AlB_2、TiB_2和Ti Al_3的平衡晶格常数、形成热、结合能及电子特性,并结合准简谐德拜模型对3种物相在高温条件下的热力学基本性质进行了分析。计算结果表明:AlB_2、TiB_2和Ti Al_3的形成热与结合能均为负值,表明3种相均具有结构稳定性,且稳定性由大到小依次为TiB_2、Ti Al_3、AlB_2;3种物相的离子性与金属性由大到小依次为Ti Al_3、AlB_2、TiB_2,Ti Al_3与AlB_2显示离子键特性,而TiB_2键合特性以共价键为主;3种物相的热稳定性由大到小依次为TiB_2、AlB_2、Ti Al_3。计算所得TiB_2、AlB_2和Ti Al_3的热力学性质可以用于分析氟盐法制备Al-Ti-B时Al熔体与氟盐之间反应发生情况以及中间合金最终的物相组成。

3003铝合金腐蚀机理的电子理论研究

为了解3003铝合金阴极箔析出相腐蚀的物理本质,本文通过采用基于第一性原理的赝势平面波方法对3003铝合金中各物相的结合能、费米能级和局域态密度等电子结构参数系统的计算,研究了该合金中主要析出相与合金基体发生电化学腐蚀的机理。研究结果表明:3003铝合金中各主要组成物相稳定性大小关系为Al6Mn>Mg2Si>ALPHA,且与ALPHA的形成为一个吸热反应过程,Al6Mn与Mg2Si相的形成均为一个自发反应的放热过程;Al6Mn、Mg2Si以及ALPHA相与铝基体的费米能级差值存在Ec(Mg2Si-Al)>Ec(Al6Mn-Al)>Ec(ALPHA-Al)的关系,说明Mg2Si相最容易因电极电位差异与铝基体形成原位电池,在电解腐蚀过程中发生电解腐蚀,Al6Mn次之,ALPHA最难;局域态密度的计算结果亦表明:体系中的ALPHA相相对于Mg2Si和Al6Mn处于不稳定状态,容易失稳并发生分解。

冷轧变形和烘烤处理对CTP版铝板基组织和性能的影响

采用不同的轧制制度和220℃×10 min与280℃×5 min两种烘烤制度对1060CTP铝板基进行处理,通过极化曲线测试、显微硬度、室温拉伸等测试方法以及扫描电镜、金相显微的观察,研究冷轧变形量与烘烤处理对CTP铝板基微观组织、电解腐蚀性能以及力学性能的影响。实验结果表明,随轧制进行晶粒在首道次的基础上细化,首道次压下量越大,晶粒细化量越大,首道次压下率为58.2%时得到的铝板基晶粒细小均匀,腐蚀性能与力学性能都较好;铝板基在烘烤处理过程中对温度比较敏感,温度高的烘烤处理使铝板基的强度急剧下降,而伸长率相应增加,采用280℃×5 min烘烤处理后,韧窝大小较均匀,深度较深,塑性更好,耐印性也更高。