热处理工艺对复合熔体处理A356合金组织和性能的影响

利用熔体超声处理、Sr/Ce复合变质及热处理相结合的方法提高铝合金的强韧性,通过金相组织分析及力学性能测试研究了固溶处理对A356合金组织和性能的影响。研究结果表明,熔体处理有利于改善α-Al枝晶和共晶硅相,铸态合金的抗拉强度和伸长率分别达到215 MPa和9.5%;T6热处理后,共晶硅的形态由纤维状转变成独立分布的颗粒状,而除了伸长率之外,合金的力学性能都显著提高;随着固溶时间的延长,共晶硅的等效直径呈现先减小后增大的趋势,而长径比逐渐减小,合金的拉伸性能和硬度均呈现先增大后减小的趋势;当固溶时间为4 h时,合金的综合力学性能达到最佳,其抗拉强度、屈服强度、伸长率和显微硬度分别达到300、240 MPa、8.0%和110HV。

TiO_(2)变质对A356铝合金微观组织的影响

以TiO_(2)粉末为变质细化剂,研究了其对A356铝合金预处理后α-Al相和共晶Si的细化变质作用。结果表明,当TiO_(2)的最佳添加量为0.5wt%时,α-Al晶粒的二次枝晶间距可降至20μm,共晶Si组织呈短棒状和球状;此时,合金的布氏硬度较未变质前提高了25%,达到67.9 HBW。分析认为,铝合金熔体与TiO_(2)原位生成γ-Al_(2)O_(3)同时细化变质了α-Al相和共晶Si相,协同γ-Al_(2)O_(3)的颗粒增强作用共同提高了材料的性能。

脉冲磁场孕育处理下A356铝合金凝固组织的演变规律

基于自行设计的磁场晶粒细化装置,研究在不同频率的脉冲磁场孕育处理下A356铝合金凝固组织的演变规律,利用蔡司显微镜(OM)、场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)等测试方法对A356铝合金的凝固组织进行分析。结果表明:脉冲磁场孕育处理能降低形核激活能与临界形核半径,影响液相线以上原子团的演变规律,使得原子团的尺寸减小,数目增加,并在更小的临界尺度上形成大量稳定晶核,从而导致A356铝合金凝固组织中初生α-Al相和共晶Si相显著细化;其中频率为30 Hz的脉冲磁场细化效果最佳,与未处理相比,试样初生α-Al晶粒平均尺寸下降39%,共晶Si平均尺寸下降60%。同时α-Al晶粒磁各向异性产生的磁各向异性能与磁转矩导致α-Al晶粒发生旋转,使得晶粒沿(200)面择优生长。

热处理和泡沫铁对A356-SiC_(p)/Fe干滑动摩擦学性能的影响

采用真空辅助熔渗工艺制备泡沫铁骨架作为增强SiC_(p)/A359复合材料A359-SiC_(p)/Fe,对比进行泡沫铁增强前后和T6热处理前后,两种材料的显微硬度和高温磨损性能,明确泡沫铁和T6热处理对A359-SiC_(p)/Fe复合材料高温磨损性能增强的效果,并结合使用SEM与EDS对表面磨损形貌、磨屑形貌的观察表征,以探究该材料在不同温度下的高温磨损机理。结果表示,使用真空辅助熔渗工艺制备A359-SiC_(p)/Fe, Al-Fe界面结合良好,不仅形成了机械结合,还形成了化学冶金结合(靠近铝基体界面的相为Al_(12)Fe_(5)Si_(3);靠近泡沫铁基体处为Fe_(2)Al_(5)相;远离泡沫铁组织,呈游离状态的合金相为Al_(4)FeSi)。A359-SiC_(p)/Fe在300~500℃的磨损量仅为未增强合金的25%~75%,有效将高温环境下的使用温度提升50~100℃以上。T6热处理能够明显提高Al基体的硬度以及Al-Fe界面的冶金结合程度,且在300~500℃时效果更明显,有效提高材料的高温耐磨性能。材料的磨削形式受温度影响,100℃时为磨粒磨损,摩擦温度到达350℃时表面出现分层和剥落,500℃时,开始粘着磨损。

基于组织特征的挤压铸造A356合金局部力学性能研究

采用基于微观组织特征的有限元分析(FEA),计算了A356挤压铸件不同部位的力学性能。通过不同分析域尺寸、网格尺寸和FEA模型的分析,确定了合适的有限元模型,使用试验拉伸结果对FEA结果进行了验证,探讨了组织特征对性能的影响。结果表明,Si粒子长度和形状因子增大,抗拉强度与伸长率均呈下降趋势;Si粒子的密度和面积分数的增大,抗拉强度提高和伸长率降低;A356合金的损伤演化过程可分为Si粒子断裂(微裂纹的形成)、裂纹的扩展和连接三个阶段;Si粒子小而圆整且分布较均匀时,局部力学性能各向异性小,Si粒子长宽比较大且呈现出明显的方向性时,局部力学性能各向异性加大。

原位纳米(TiB_(2)+ZrB_(2))颗粒与Sb协同增强A356铝合金微观组织与力学性能

在A356铝合金中同时引入原位纳米颗粒(TiB_(2)+ZrB_(2))和元素Sb,通过纳米颗粒对基体的强化和Sb提高颗粒分散性所产生的协同作用来提高材料的力学性能。结果表明,单独引入(TiB_(2)+ZrB_(2))颗粒会细化α-Al基体,减小二次枝晶臂间距,但复合材料内部存在严重团聚现象,不利于性能的提高。在此基础上引入Sb,降低纳米颗粒与Al基体间的界面能,纳米颗粒的团聚现象得到显著改善。原位纳米(TiB_(2)+ZrB_(2))颗粒和Sb的协同引入使复合材料的强度和塑性较A356基体大幅提高,当(TiB_(2)+ZrB_(2))和Sb的引入量分别为3%和0.6%(质量分数)时,铸态复合材料的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到216.4 MPa、119.7 MPa和7.2%,相较A356基体的性能分别提高29.7%、23.5%、84.6%。

半固态A356-0.4%Gd合金制备过程的电磁场模拟与试验研究

通过数值模拟研究了半固态A356-0.4%Gd合金熔体中磁感应强度和电磁力的分布,并分析了电流强度和电流频率对其的影响。模拟结果表明:磁感应强度及电磁力由熔体中心沿半径方向逐渐增大,呈“中间小,边缘大”分布,且增大电流强度及频率能明显增大合金熔体边缘区域的磁感应强度及电磁力,合金熔体整体得到充分搅拌的关键在于其边缘区域的电磁力。基于数值模拟结果,结合试验,进一步探明电流强度及频率对合金铸坯中心与边缘区域处初生α相的影响。试验结果表明:在电磁场作用下,铸坯边缘位置的初生相形貌与尺寸皆优于中心位置;当合金熔体于650℃浇注,在搅拌电流5 A、频率30 Hz下搅拌15 s,590℃下保温10 min后,其合金初生相在整体上较为均匀,且形貌最佳。

A356铝合金套筒低压铸造工艺参数的优化

为了探究最优的A356铝合金套筒低压铸造工艺参数组合,本文综合运用了铸造数值模拟、响应面分析法及遗传算法,以最小缩孔缩松体积和最低二次枝晶臂间距值为优化目标,对上模具预热温度、侧模具预热温度、下模具预热温度和浇注温度进行匹配及优化。结果表明,优化的工艺参数组合为上模具预热温度307℃,侧模具预热温度为330℃,下模具预热温度为394℃,浇注温度为701℃。上述优化参数组合能有效提高铸件的成型质量及力学性能。

固溶时间对Ti@(Al-Si-Ti)_(p)/A356复合材料组织及力学性能的影响

采用粉末触变成形技术制备了原位自生心-壳结构增强A356铝基复合材料,并研究了固溶时间对Ti@(Al-Si-Ti)_(p)/A356复合材料显微其组织及力学性能的影响。结果表明,随着固溶时间增加,初生α-Al相颗粒粗化长大;共晶Si相不断溶解,晶界上残余的共晶Si粗化、球状化;Al基体、Ti心部继续反应,增强体颗粒壳层发生相转变。复合材料在545℃固溶处理1 h时,力学性能达到峰值,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为263.9 MPa、175.1 MPa、20%,比制备态复合材料分别提高了7.3%、21.4%和12.4%,维氏硬度也从59.3 HV提高到72.8 HV。

稀土Y及Al-5Ti-B细化剂复合添加对A356铝合金组织和力学性能的影响

用Al-20Y变质剂和Al-5Ti-B细化剂处理A356铝合金熔体,研究稀土Y与Al-5Ti-B复合添加对A356铝合金组织和力学性能的影响。结果表明:稀土Y和Al-5Ti-B复合添加能提高形核率、细化α-Al晶粒尺寸和改变共晶硅形貌,共晶硅的形貌由针状和板片状变为短杆状和颗粒状,使铸造铝合金的力学性能提高。添加稀土Y和Al-5Ti-B的A356铸造铝合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为146 MPa、98 MPa和4.0%。

Y和Cr复合添加对A356铝合金组织和性能影响

本研究采用铸造工艺,研究了复合添加不同变质剂含量(Y和Cr)对A356铝合金微观结构和力学性能的影响。所得铝合金在535°C分别进行人工时效4h,5h,6h。利用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)对A356合金的微观结构研究。进行了硬度,抗拉强度和屈服强度以确定机械性能。实验结果表明,复合添加0.6wt.%Y和0.3wt.%Cr时,α-Al晶粒直径和二次树枝晶间距显著减小,从不规则的树枝晶转变为细小的等轴晶,共晶硅变呈蠕虫状,对基体的割裂作用明显降低。伸长率和抗拉强度在此达到最大值,分别为10.4%和171.1Mpa。

A356铝合金的表面改性与耐磨及耐蚀性能研究

为了提升A356铝合金的表面耐磨耐蚀性能,采用等离子喷涂的方法在A356铝合金基体表面制备了4种高熵合金涂层(FeCoCrNi和FeCoCrNi+Mn/Cu/Ti),对比分析了各等离子喷涂涂层的物相组成、显微形貌、硬度、耐磨和耐蚀性能。结果表明4种等离子喷涂涂层中都可见面心立方固溶体和氧化物的衍射峰。在FeCoCrNi中加入Cu/Ti后,涂层中还出现了Cu/Ti的衍射峰。4种等离子喷涂涂层厚度都介于210~300μm,涂层与基体界面以机械结合为主。4种等离子喷涂涂层的硬度、平均摩擦系数都高于A356铝合金基体,磨损率从低至高顺序为:FeCoCrNi(涂层Ⅰ)<FeCoCrNiTi(涂层Ⅳ)<FeCoCrNiMn(涂层Ⅱ)<FeCoCrNiCu(涂层Ⅲ)<基体。相较A356铝合金基体,涂层的腐蚀电位发生正向移动,腐蚀电流密度和点蚀电位减小,Nyquist圆弧半径、阻抗模值|Z|0.01 Hz和电荷转移电阻Rct增大。4种等离子喷涂涂层的耐蚀性能都优于A356铝合金基体,且涂层Ⅳ的耐腐蚀性能最好。

精炼工艺对A356铝合金熔体渣含量及性能的影响

采用Prefil-Footprinter铝渣检测仪、室温拉伸机、金相显微镜等多种检测分析手段,研究了精炼工艺对A356合金熔体渣含量及力学性能的影响。研究结果显示,加入精炼剂量为铝液总量的0.15%,以20 L/min流量通入高纯度氩气15 min,静置20 min后进行检测,此时A356合金熔体中渣含量最低,且力学性能最高。因此该精炼工艺将对现场A356铝合金锭熔炼和生产具有一定的指导意义。

TiC添加对A356铝合金组织 与力学性能的影响研究

采用搅拌熔铸法,制备了组织结构均匀的TiC/A356铝合金,研究了TiC含量对A356铝合金的物相组成、微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,随着TiC含量的增加,TiC/A356铝合金的拉伸强度和伸长率呈先上升后降低的规律,维氏硬度则持续上升。当TiC含量为3wt%时,合金的综合性能最佳,其极限抗拉强度为197.1 MPa、伸长率为9.10%、维氏硬度为84.7 HV。此外,还分析了TiC复合强化A356合金的作用机理模型。

基于多目标粒子群算法的A356铝合金蠕变本构模型的构建

在150,250,300℃温度和20~150 MPa应力下,对A356铝合金进行单向拉伸蠕变试验,研究了其蠕变特性;采用多目标粒子群算法得到Norton-Bailey幂律模型、Garofalo双曲正弦模型和基于变形机制的真应力蠕变模型的参数,并采用这3种模型对A356铝合金的最小蠕变速率-应力曲线进行预测,分析3种模型的预测精度。结果表明:A356铝合金的最小蠕变速率与试验温度和应力成正相关,但温度对最小蠕变速率的影响程度大于应力;基于变形机制的真应力蠕变模型具有最高的预测精度,对最小蠕变速率的预测结果中90%数据点均位于2倍误差带内。结合多目标粒子群算法得到的基于变形机制的真应力蠕变模型可以用来准确模拟宽幅温度和应力范围下A356铝合金的蠕变特性。

A356铝合金热处理工艺的数值模拟

基于Abaqus有限元分析软件,研究A356铝合金经热处理后的温度变化规律以及残余应力的大小和分布情况,并对A356铝合金进行拉伸模拟,将得到的拉伸模拟结果与实际拉伸试验结果进行对比分析。结果表明,固溶处理可以有效消除材料表面的残余应力,尤其是可以基本消除合金棱边处的残余应力,而淬火后合金的残余应力反而变大。经过时效处理后合金表面的残余应力明显减小,能有效避免裂纹的产生,在固溶温度为555℃时铝合金的残余应力最小,约为77 MPa,此时A356铝合金的抗拉强度最大,约为300 MPa,与拉伸试验结果符合。采用有限元分析软件对A356铝合金的热处理进行模拟分析,验证最佳固溶温度并计算出最小残余应力,对抗拉强度进行预测,为工程结构应用可提供一定参考。

固溶处理和时效处理对A356铝合金性能的影响及较优处理温度确定

目的揭示A356铸造铝合金不同固溶处理温度与合金硬度之间的关系,详细分析A356铸造铝合金在不同温度时效处理过程中原子尺度下组织结构的演变规律。方法采用4种固溶处理工艺(525℃×5 h、550℃×5 h、575℃×5 h和600℃×5 h),并借助金相显微镜、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope)、能谱仪(Energy Dispersive Spectrometry)、高分辨透射电子显微镜(High-Resolution Transmission Electron Microscopy)和背散射电子显微技术(Electron Backscatter Diffraction)等现代分析检测手段对汽车转向节用A356铸造铝合金进行微观组织分析。结果在550℃下进行5 h的固溶处理后,α相中溶入了较多的Mg2Si和Si晶体,出现固溶强化现象,A356铝合金的硬度达到93HV。随着时效温度提高至200℃,α相中的硅原子和镁原子发生扩散现象,并在间隙、位错处汇聚,导致系统能量下降,回火硬度急剧上升,硬度也相应增加,材料的维氏强度达到了峰值113HV。随着人工时效处理温度继续升高,硬度呈现出持续变弱的态势,表明合金内部的共格关系逐渐遭到破坏,析出强化效果减弱。结论A356铝合金在550℃固溶处理5 h后进行200℃时效处理,硬度达到峰值113HV,随后时效温度升高,硬度逐渐减弱,表明共格关系逐渐遭到破坏,析出强化效果减弱;经550℃固溶处理后,200℃时效1 h可获取A356铝合金的最佳性能,为获取高质量的A356汽车转向节铸件提供了重要的科学依据。

再生铝在A356铝合金车轮中的应用

本文利用常规A356铝合金车轮产品,在相同铸造工艺、热处理工艺、机加工工艺的背景下,优化原材料配比,以铝屑、脱漆废轮、回收废轮作为再生原材料,提高再生铝在原材料中的占比,从而实现提高回收率、降低碳排放的目的,本文重点讨论提高铝屑和回收废轮的占比带来的影响,通过提高铝屑添加量、在使用高铝屑比例前提下使用回收废轮进行两次试验,从材料成分、杂质含量、机械性能以及金相组织的角度进行分析,结果是积极的,同时探寻铝合金再生率提高和碳排放降低方向。

A356铸造铝合金中孔洞缺陷对应力应变集中程度的影响

针对铸造过程中出现缩孔、气孔等缺陷,导致大载荷条件下应力集中,产生局部高应力应变区引起局部屈服,从而降低零件服役寿命的问题,采用有限元简化建模和试验分析验证相结合的办法,系统地研究了A356铸造铝合金中孔洞与自由表面距离、孔间距、孔形貌,以及孔角度对应力应变集中程度的影响,建立了孔洞各缺陷特征对应力应变集中影响的关系,并通过试样内实际孔洞对所建立的关系进行了验证。

混合稀土含量对A356铝合金组织结构的影响

采用金相显微镜、SEM、EDS和差示扫描量热法(DSC)等手段研究混合稀土(RE)合金添加量对Ti-B-Sr联合细化变质的A356铝合金显微组织结构的影响。结果表明:当稀土添加量为0.1%～0.3%(质量分数)时,随着稀土含量的增加,初晶晶胞尺寸、硅相尺寸、二次枝晶臂间距减小,硅相圆整度提高(长径比降低);当稀土添加量为0.3%时,初始α(Al)相的平均枝晶胞尺寸为76μm,二次枝晶间距为11.3μm,Si相长径比为2.13;加入0.1%～0.3%的稀土降低了合金的共晶点温度和初晶α(Al)的形核温度,并减小组织熔化过程中共晶反应的放热量。