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。

深冷处理对快冷Mg-6Al-1Y合金等温时效析出的影响

采用铜模喷铸与等温时效相结合,探讨了深冷处理对非平衡凝固Mg-6Al-1Y合金组织及其沉淀析出行为的影响。结果表明,原始快冷合金的凝固组织由细小不发达花瓣状α-Mg基体相、晶界离异共晶β相和Al2Y稀土相所组成。深冷过程中引起的微应力及塑性变形有利于凝固组织细化,同时形成高密度位错结构。经250℃/4 h时效处理后,快冷合金的晶界处发生不连续沉淀,所析出的针片状β相择优生长,并与基体保持良好的共格关系。深冷处理有效促进快冷合金中β相的析出,有利于晶内连续沉淀形成并改善析出相形貌为短棒状,合金显微硬度高达77.2HV,相比原始快冷合金提高23.1%。

Mg-8Zn-4Al-0.3Mn-xRE合金的时效析出过程及其动力学

采用金相显微分析和DSC分析了Mg 8Zn 4Al 0.3Mn xRE合金时效析出过程及其动力学,结果表明,未添加RE元素的Mg 8Zn 4Al 0.3Mn合金的时效析出过程为:过饱和固溶体→细小弥散析出相→再结晶软化和析出相的聚集长大;添加RE元素的Mg 8Zn 4Al 0.3Mn合金的时效析出过程为:过饱和固溶体→细小弥散析出相→析出相的聚集长大.人工时效后,与未加RE的合金相比,合金2,3,4显微硬度峰值提高分别达5.6%,9%,13.4%;随着RE元素含量的增加,合金的析出相形成激活能呈逐渐增大的变化规律.

快速凝固Cu-Cr-Zr-Mg合金的时效析出与再结晶

对快速凝固Ｃｕ０．６Ｃｒ０．１５Ｚｒ０．０５Ｍｇ合金伴随时效析出的再结晶过程进行了观察和研究。发现该合金在形变后的时效过程中，析出相非常细小、弥散，阻碍了再结晶的进行，出现了原位再结晶与不连续再结晶同时发生的现象。在再结晶的形核和长大过程中，析出相在晶界前沿快速粗化或重新溶解，并在再结晶区域中重新析出，导致更加弥散的析出相分布。

Bi对AZ91镁合金时效析出动力学过程的影响

实验合金中 Bi的加入量为 0 .5%～ 2 % ,合金在 SF61 % /CO2 混合气体保护下熔炼 ,通入氩气精炼后在预热至 2 50°C的金属型中浇铸成 2 30 mm× 40 mm× 2 0 mm的板状试样 ,浇铸温度 72 0°C.将铸态试样经过固溶处理 (42 0°C,1 2 h)后 ,在 2 0 0°C进行时效 .实验结果表明 ,Bi的加入延长了合金的时效进程 ,有效地抑制了时效组织中非连续析出相的形成 ,促进了连续沉淀相的析出 .电子束微区分析 (EDAX)和透射电镜 (TEM)研究表明 ,Bi的加入使 AZ91合金中形成了组成较复杂的连续析出相 Mg17(Al,Bi) 12 ,该析出相与基体之间具有复杂的半共格位向关系 ,提高了强化相的热稳定性 ,从而有助于合金高温力学性能的改善 .

高强高导低溶质Cu-Ag-Cr合金时效析出特性的研究

Cu Ag Cr合金经时效处理后 ,显微硬度和电导率都有很大的回升。经 4 80℃时效 2h后 ,硬度峰值为 117HV ,此时电导率达到 94 %IACS。利用透射电镜对合金时效过程中析出相的变化及其对显微硬度的影响进行了分析 ,在峰值状态下 ,析出相与基体保持共格关系。由于析出相尺寸较大 ,合金以Orowan机制提高强度 ,并利用位错理论计算出以Orowan机制强化合金的析出相的临界尺寸 ,与实验数据十分吻合。

Cu-Ni-Si-Cr合金的时效析出与再结晶

研究了Cu Ni Si Cr合金在时效过程中 ,析出与再结晶的交互作用及其对合金性能的影响。研究结果表明 ,形变使合金时效析出相更加细小、弥散 ,析出对再结晶的形核和长大过程产生阻碍作用。在再结晶的形成和长大过程中 ,析出相在晶界前沿快速粗化或重新溶解 ,并在再结晶区域中重新析出 ,导致更加弥散的析出相分布。

冷轧预变形对2519A铝合金时效析出的影响

采用拉伸性能测试，差示扫描量热法，透射电镜等手段研究不同冷轧预变形量对2519A锚合金时效析出相与力学性能的影响。研究结果表明：淬火后大的冷轧预变形抑制共格相析出，促进半共格相析出：当预变形量从7％增加到40％时，合金峰时效态强度先下降后升高，塑性先下降后略有提高；当预变形为15％～30％时，合金强度下降，这主要由θ’相析出不均匀所致。

时效析出对2E12铝合金疲劳断裂行为的影响

测试等屈服强度条件下190℃,1 h欠时效和190℃,46 h过时效状态Al-Cu-Mg系2E12铝合金的疲劳寿命,并分别采用扫描电镜和透射电镜观察了疲劳断口形貌及时效析出特征,并在此基础上解释时效析出对2E12铝合金疲劳断裂行为的影响。结果表明:疲劳裂纹主要萌生于试样表面的粗大残留相位置;由于过时效试样晶内析出大量的S平衡相降低疲劳变形时的位错滑移可逆性,加剧晶界处位错塞积程度;同时晶界上较宽的无析出带和沿晶界析出的粗大针状S相进一步促进晶界集中变形和开裂,从而降低过时效试样的疲劳寿命。

铈对Al-Cu-Mg-Mn-Ag合金时效析出与显微组织的影响

通过铸锭冶金及形变热处理,制备了不同铈含量的Al-Cu-Mg-Mn-Ag合金。采用金相观察、差热分析、扫描电镜及透射电镜研究了添加铈对合金的时效析出过程及显微组织的影响。结果表明:添加铈能显著细化铸态合金的晶粒,使平均晶粒尺寸由93μm减小至30μm,还可以加速挤压态合金的时效硬化过程,提高硬化水平,使最大硬度提高10%以上;此外,添加铈可缩短合金的峰时效时间,降低主要强化析出相—Ω相的析出温度,同时,也降低?相的直径,提高其析出体积分数及其在200～300℃时的高温热稳定性。

颗粒增强铝基复合材料6066Al/SiCp的时效析出特性

采用喷射共沉积工艺制备了6066Al基体铝合金以及含不同体积分数增强颗粒的6066Al/SiCp铝基复合材料,与常规熔铸+挤压的基体铝合金比较,喷射共沉积基体铝合金和复合材料的力学性能峰值时效时间明显缩短,即喷射共沉积6066Al和6066Al/SiCp颗粒增强铝基复合材料发生加速时效现象。对材料的微观组织进行常规金相和透射电镜观察,分析了SiCp增强陶瓷颗粒以及喷射共沉积工艺对材料时效析出行为的影响。研究表明:喷射共沉积工艺所形成的非平衡组织中溶质原子浓度高,时效析出驱动力大,有利于时效过程溶质原子扩散和第二相的形核。喷射共沉积材料细化的晶粒组织及复合材料中的高密度位错有利于非均匀形核,是加速材料时效析出动力学过程的主要原因。

低碳贝氏体钢中的时效析出行为

测定了Cu-Nb-Cr-Mo系低碳贝氏体钢的时效硬度变化行为,在Gleeble-1500热模拟试验机上模拟了各钢种的蠕变行为,利用金相显微镜、TEM研究了不同钢种的微观组织与沉淀析出.结果表明,含铜钢在不同温度时效时会发生明显的时效硬化效应,在不同温度的蠕变曲线上会出现平台,平台现象是由于蠕变过程中出现了第二相析出,平台出现意味着开始了第二相析出,平台结束则析出过程结束.

固溶后冷变形对6082 Al-Mg-Si合金时效析出过程的影响

用TEM、电阻、力学性能试验等方法研究了固溶后的冷变形对6082铝合金时效析出过程的影响。结果表明,随着变形量的增加,材料达到时效硬化峰值的时间不断缩短,出现过时效的时间也不断缩短;形变强化在时效过程中没有明显的衰减,而固溶后的冷变形会使材料时效强化效果减弱。这主要是由于固溶后的冷变形造成材料中强化相的析出有先后,从而导致强化相对材料强度和硬度的贡献没有在同一时刻达到最大值。

CuNiSi合金的时效析出与再结晶

研究了Cu - 3.2Ni- 0 .75Si- 0 .30Zn合金在时效过程中 ,析出与再结晶的交互作用及其对合金性能的影响。研究结果表明 ,形变促进合金的时效析出 ,析出相对再结晶的形核和长大过程有一定的影响。合金经预时效在变形后的时效过程中 ,出现原位再结晶和不连续再结晶同时发生的现象。

Cu-Ni-Si合金的时效析出贯序研究

利用电阻率变化分析了Cu-Ni-Si合金时效析出机制。发现该合金固溶后在低温时效初期按调幅分解机制析 出;而在高温时效时则直接以形核长大方式析出。合金在450℃时效时经历的三个贯序为:溶质富集区一半共格Ni2Si相 一非共格Ni2Si相。计算与透射电镜观察表明,维持与基体半共格界面的析出物最大临界直径约12 nm。

Al-3.5Cu和Mullite/Al-3.5Cu复合材料的时效析出行为

用差示扫描量热仪 (DSC)对Al 3 5Cu合金和莫来石 (Mullite)短纤维增强Al 3 5Cu复合材料的时效析出行为进行了研究。结果表明 ,Al 3 5Cu合金和Mullite/Al 3 5Cu复合材料固溶淬火试样的DSC扫描曲线存在较大不同 ,GP区形成和溶解的信息在基体合金的DSC曲线上清晰可见 ,但在复合材料的DSC曲线上则很难确认 ,表明纤维推延或抑制了GP区的形成。θ″相和θ′相的析出过程由于纤维的引入而得到明显加快 ,峰值温度降低 ,激活能减小 ,时效析出过程加快。但是 ,扫描参数选择不当时 ,容易对析出相的析出过程产生错误判断 。

微量Ag对Al-Cu-Mg-Mn合金时效析出及组织热稳定性的影响

采用差热分析(DSC)及透射电镜(TEM),研究了微量Ag对Al-5.3Cu-0.8Mg-0.5Mn-0.5(Zr+Ti)合金时效析出过程及显微组织热稳定性的影响。结果表明,添加微量Ag可改变合金的时效过程,提高合金的时效硬化能力。含0.6%Ag的Al-Cu-Mg-Mn合金在185℃峰时效时的强化析出相由Ω相与少量θ′相组成,Ω相呈薄片状,该相{001}Ω面与基体Al的{111}α面共格,位向关系为(001)Ω//(111)α、[010]Ω//[101-]及[100]Ω//[12-1]α。当温度低于300℃时,Ω相比θ′相具有更好的热稳定性;而在300℃经长时间处理时,Ω相变得不稳定并最终转变成θ′相。

DSC法研究Mullite/Al-Cu-Mg复合材料及其基体合金的时效析出行为

用差示扫描量热仪 (DSC)对Al 4 0Cu 1.85Mg合金和莫来石 (Mullite)纤维增强Al 4 0Cu 1.85Mg复合材料的时效行为进行了研究。结果表明 :Mullite /Al 4 .0Cu 1.85Mg复合材料及其基体合金Al 4 .0Cu 1.85Mg固溶淬火试样的DSC扫描曲线上存在较大的不同 ,GPB区形成和溶解的信息在基体合金的DSC曲线上容易辨别 ,但在复合材料的DSC曲线上则较难确认 ,表明纤维推迟和抑制了GPB区的形成。S″相和S′的析出由于纤维的引入而得到明显加快 ,放热峰值温度降低 ,激活能减小 。

Al-4.5Cu和Mullite增强Al-4.5Cu复合材料时效析出行为的DSC研究

用差示扫描量热法(DSC)对Al-4 5Cu合金和莫来石(Mullite)短纤维增强Al-4 5Cu复合材料的时效析出行为进行了研究 ;结果表明Al-4 5Cu合金和Mullite增强Al-4 5Cu复合材料固溶淬火试样的DSC扫描曲线存在较大不同 ,溶质原子富集区(GP)形成和溶解的信息在基体合金的DSC曲线上清晰可见 ,但在复合材料的DSC曲线上则很难确认 ,表明纤维推延或抑制了GP区的形成 ;中间沉淀析出相θ″和θ′的析出过程由于纤维的引入而得到明显加快 ,峰值温度降低 ,活化能减小 ,时效析出过程加快 ;但是 ,扫描参数选择不当时 ,容易对析出相的析出过程产生错误判断 ,应引起重视。

Cu-Cr-Zr-Si合金的时效析出行为研究

通过固溶态Cu-0.37Cr-0.18Zr-0.04Si合金在450℃时效时电导率的变化规律,计算时效过程中析出相的转变比率,并确定了450℃时效时合金时效析出相转变比率与时效时间的关系以及电导率随时效时间变化的一元方程,在此基础上绘制了450℃时效时体积分数与等温时间之间关系的相变动力学"S"曲线。同时用固态热分解反应机理的微分方程探讨了合金的时效转变机制。