稀土Y元素对CuAlMn形状记忆合金晶粒细化及其力学性能的影响

CuAlMn形状记忆合金具有优良的耐热稳定性和高阻尼特性,在多种领域有着明确的目标需求,然而,晶粒粗大易导致沿晶断裂,严重弱化了合金的力学性能。为改善合金力学性能,引入了稀土Y元素,采用电弧熔炼吸铸炉制备了Cu-11.36Al-5Mn-xY(x=0~3,质量分数/%,下同)系列铸态合金,又经固溶时效对合金微观组织进行了调控和均质化。采用DSC、XRD、金相和SEM对合金的相变、物相、微观组织结构进行了表征。通过显微硬度计和万能材料试验机测试了合金的硬度和力学性能。结果表明,Y元素添加可有效细化CuAlMn合金晶粒,晶粒尺寸从数百微米下降至10μm左右,同时伴随着大量网格状含Y析出相沿晶析出,冷却过程中晶粒形核区的增多和生长受到抑制是晶粒细化的主要因素。合金硬度随Y元素添加量的增大而升高,这与合金中大量含Y硬脆相的析出有关,Y含量越高,析出相体积分数越高,此外,固溶时效态样品硬度高于铸态样品,源于固溶时效态样品析出相在整个基体内的分布和更高的析出相体积分数。合金的压缩强度和拉伸断裂强度在Y元素含量为0.1%~0.4%时得到明显提升,其强化机制可通过细晶强化、沉淀强化和固溶强化来理解。合金压缩断裂应变在Y元素含量为0.4%时达到最大,断后伸长率在Y元素含量为0.1%时达到最大,其变化趋势与晶粒细化和沉淀析出相的耦合效应有关。

1235铝合金熔体晶粒细化温度优化研究

目的研究晶粒细化剂Al-5Ti-1B在1235铝合金不同熔体温度下的微观组织变化规律。方法在线添加Al-5Ti-1B,采用电解铝液直接生产尺寸规格为1050 mm×7.0 mm的1235铝合金铸轧板坯。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和电子万能拉伸试验机等试验手段,在晶粒细化剂Al-5Ti-1B细化温度不同条件下,对1235铝合金铸轧板坯进行显微组织表征及力学性能测试,探究晶粒细化剂Al-5Ti-1B细化温度和1235铝合金铸轧板坯组织性能的内在联系。结果在其他铸轧工艺参数相同的条件下,随着晶粒细化剂Al-5Ti-1B细化温度的升高,铸轧板平均晶粒尺寸先减小后增大,抗拉强度和断后伸长率均呈先增大后减小的变化趋势。当细化温度为730℃和750℃时,铸轧板晶粒细小均匀、尺寸差别不明显,力学性能良好且趋于稳定,其表层宽度方向上平均晶粒尺寸分别为27μm和24μm,中心层宽度方向上平均晶粒尺寸分别为51μm和47μm,其纵向抗拉强度分别为110.6 MPa和110.8 MPa,横向抗拉强度分别为107.3 MPa和107.5 MPa,纵向断后伸长率分别为37.8%和38.9%,横向断后伸长率分别为35.4%和36.7%。当细化温度为760℃时,铸轧板中开始出现Fe、Si、Al、O、Ti等元素的偏析聚集现象。结论当细化温度为730~750℃时,铸轧板组织性能实现了较佳匹配。

不同冷速下7050铝合金的晶粒细化研究

采用V型模具、光学显微镜和扫描电镜等研究不同冷速下7050合金的细化机理。结果表明随着冷却速度从1.8℃/s增加到54.3℃/s,7050铝的晶粒度从75.5μm降低至45.6μm;随着冷却速度的增加,第二相中T相(AlZnMgCu)和S相(Al_(2)CuMg)的平均尺寸逐渐减小,其分布更加细小弥散,该两种相可以作为铝晶粒的形核质点,促进7050合金的晶粒细化。

Ti元素对Al-5Mg合金晶粒细化机理研究

晶粒细化能有效降低铸造缺陷,减小晶粒尺寸,是提高Al-Mg合金强度和塑性的有效途径。研究了Ti元素对Al-5Mg合金晶粒细化的影响规律和机理。结果表明,Ti元素能够有效细化Al-5Mg合金晶粒尺寸,与未添加Ti相比,添加0.1%Ti(质量分数)的Al-5Mg合金的晶粒尺寸从143.4μm降至42.7μm。其主要原因为Ti、Zr与Al原子结合形成Al3Ti、Al3Zr、Al3(Ti,Zr)颗粒能充当有效的异质形核核心,促进合金中细小、均匀等轴晶的形成。当Ti元素含量为0.2%(质量分数)时,Al3M颗粒团聚粗化,形核位点数量减少,Ti元素细化效果降低,合金的晶粒尺寸增加到64.6μm。当合金中Al3M相尺寸越小、数量越多,分布越弥散,其细化晶粒效果越好。

不同种类铝合金晶粒细化剂中TiB2的对比研究

采用金相显微镜、激光共聚焦显微镜和扫描电镜对MJD-AlTi5B1A、MJD-AlTi5B1B、MJD-AlTi5B1C和SH-AlTi5B1A铝合金晶粒细化剂中TiB2的分布进行了对比研究。研究表明:MJD-AlTi5B1A和SH-AlTi5B1A晶粒细化剂中TiB2粒子分布较为分散,粒子细小;MJD-AlTi5B1B晶粒细化剂局部组织不均匀;MJD-AlTi5B1C晶粒细化剂TiB2粒子分布轻微团聚。

不同晶粒细化剂对7N01铝合金铸锭细化效果

文章通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、金相显微镜、低倍测试等,分析了Al-3Ti-0.15C和Al-5Ti-1B两种晶粒细化剂的微观组织差异,对比了两种细化剂对7N01铝合金铸锭晶粒的细化效果。结果表明:Al-3Ti-0.15C晶粒细化剂添加入熔体后主要形成Al_(3)Ti和TiC相,Al_(3)Ti颗粒以杆状形式存在,杆状长度为30~80 μm,而TiC相以细小点状较均匀分布。Al-5Ti-1B晶粒细化剂添加入熔体后主要形成Al_(3)Ti和TiB_(2)相,Al_(3)Ti相以细小块状均匀分布,尺寸为10~50 μm,TiB_(2)相呈点状分布且局部有聚集。对于7N01铝合金铸锭,使用Al-5Ti-1B晶粒细化剂的细化效果比使用Al-3Ti-0.15C晶粒细化剂的细化效果更佳。

“锻-退”循环对微合金钢晶粒细化的作用机制

提出1种新型的“锻–退”循环热加工工艺,且对Ti−Nb−V−B微合金钢进行热处理实验,研究“锻–退”循环对Ti−Nb−V−B微合金钢晶粒尺寸和力学性能的影响;通过透射电镜组织观察和热力学计算,探究Ti−Nb−V−B微合金钢“锻–退”循环晶粒细化机理,并建立微合金钢晶粒细化模型。结果表明:“锻–退”循环热处理可显著细化Ti−Nb−V−B微合金钢的晶粒,“三锻三退”试样的晶粒度由锻前2.5~4.0级细化到9.5~11.5级;“三锻三退”试样的综合力学性能得到显著改善,与“一锻一退”相比,其抗拉强度(R_(m))、屈服强度(R_(el))、断后伸长率(A)、断面收缩率(Z)和夏比冲击功(K_(V))分别提高了10.6%,9.9%,18.8%,30.2%和135.0%;Ti−Nb−V−B微合金钢中NbC,TiC,VC和Cr_(23)C_(6)第二相的析出温度分别为1202,1187,897,672℃,锻前加热和锻造过程中均发生VC和Cr_(23)C_(6)的溶解,锻后退火可促进第二相的析出,“锻–退”循环过程中发生NbC和TiC的析出,锻前奥氏体重结晶、锻造再结晶和锻后退火第二相析出的协同效应是Ti−Nb−V−B微合金钢获得细晶的重要机制。

新型Al-C晶粒细化剂的制备及对Mg-Al合金显微组织的影响研究

采用原位反应烧结法制备了新型Al-5C中间合金,利用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等研究了制备工艺对Al-5C中间合金组织以及该中间合金对Mg-Al合金晶粒细化的影响。结果表明,原位反应烧结法改善了Al与C的润湿性,Al-C的反应程度与球磨时间、烧结温度、烧结时间和压块方式有关;延长球磨时间、提高烧结温度或适当延长烧结时间均能促进Al-C反应,生成细小的Al4C3颗粒;Al-5C中间合金能有效地细化Mg-3Al合金的组织,添加量(质量分数)为2%时晶粒细化效果最佳。

铸造γ-TiAl合金晶粒细化方法研究进展

γ-TiAl合金因其低的密度、高的强度、优异的高温性能,是具有良好应用前景的新型轻质高温结构材料。γ-TiAl合金可部分替代Ni基高温合金,目前已应用于飞机发动机热端部件如低压涡轮叶片、气门阀、汽车发动机排气阀等热端构件。随着现代工业高速发展,未来高温部件的服役环境越发苛刻,超越现有γ-TiAl合金服役温度、改善室温和高温力学性能仍是具有挑战性的前沿课题。本文综述了铸造γ-TiAl合金凝固特点和近年来晶粒细化研究进展。从合金成分角度,探讨了凝固组织析出规律及形成微观偏析的影响因素。同时,针对微观偏析和晶粒粗大等问题,详细总结了γ-TiAl合金的晶粒细化方法。最后介绍了借助亚稳组织细化晶粒的新方法及影响因素,并提出了现有细化方法面临的问题,为γ-TiAl合金制备和发展提供参考。

晶粒细化剂对7050铝合金铸锭晶粒组织的影响

对分别采用AlTi3C0.15和AlTi5B1细化的不同规格7050铝合金铸锭进行低倍组织观察,并利用光学显微镜和金相分析软件对各铸锭不同位置进行显微组织分析和晶粒尺寸测量。结果表明,采用AlTi3C0.15细化的铸锭,其低倍晶粒度明显大于采用AlTi5B1细化的铸锭;采用AlTi3C0.15细化的铸锭,其3/8厚度位置的晶粒尺寸大于1/2厚度位置,采用AlTi5B1细化的铸锭其3/8厚度位置的晶粒尺寸小于1/2厚度位置。

基于多尺度晶粒细化演变的TC4加工表层硬度预测

表面层微观组织结构变化决定了零件的宏观性能,准确实现零件加工表层微观组织演变预测,进而提高零件加工表层力学性能(如硬度),是改善零件服役效能以及实现零件长服役寿命可控加工的一种有效方法。切削加工是钛合金TC4零件制造工艺中最基本的加工方法之一,切削过程中材料的剧烈塑性变形导致TC4加工表层微观组织变化复杂,本文针对TC4切削过程中的晶粒细化现象,对不同切削速度(100~500 m/min)下TC4组织结构多尺度分布特征、晶粒细化演变规律及其对表面材料硬度影响进行了研究。结果表明:TC4加工表层介观尺度(10^(-6)~10^(-5)m)晶粒细化程度随切削速度提高呈现先增大后减小趋势,切削速度为300 m/min时,加工表面晶粒细化程度达69.7%,切屑剪切带晶粒尺寸细化至2~6μm;微观尺度(10^(-8)~10^(-7)m)上表现为复杂位错组态和纳米孪晶,纳米孪晶类型主要为■压缩孪晶,且纳米孪晶在较高切削速度(>200 m/min)下产生;基于修正的Z-H晶粒细化模型和纳米孪晶体积分数预测模型,并考虑切削过程中晶粒细化引起的硬化作用,实现了TC4切削过程中晶粒尺寸以及硬化规律预测;构建了切削过程中晶粒细化引起的硬化规律与材料显微硬度的关系,通过模拟钛合金切削过程中晶粒细化程度和纳米孪晶形成,实现了TC4加工表层硬度预测,揭示了TC4加工表层微观尺度硬化机理。

外加能量场在镁合金铸造过程中的晶粒细化行为研究进展

晶粒细化是改善镁合金微观组织及综合力学性能的重要手段。外加能量场逐渐被应用于镁合金的晶粒细化过程,展现了细化效果良好、绿色环保、易自动化等优势,因而得到了广泛关注。本文总结了近年来借助超声场、电场、磁场等外加能量场进行镁合金晶粒细化的研究现状,分析了能量场主要工艺参数对镁合金晶粒细化的影响规律,探讨了相关细化机制,并对未来的发展方向进行了展望。

不同晶粒细化剂对5083铝合金铸锭晶粒细化对比研究

采用坩埚熔炼炉以及自主设计铸锭冷却系统模拟工业生产半连续铸造技术,通过不添加晶粒细化剂以及添加Al-Ti5-B1和Al-Ti3-C0.15两类晶粒细化剂制备3种5083铝合金铸锭,采用直读光谱分析、室温拉伸、金相研究在不同晶粒细化剂的条件下的力学性能、偏光显微组织、合金元素成分变化规律。研究结果表明:在铸造过程中添加Al-Ti-B或Al-Ti-C晶粒细化剂,通过细化剂中的TiAl3和TiB2颗粒能够有效的对铝合金显微组织起到细化作用,且越细小、越弥散,则可形成的非均匀形核核心越多,晶粒细化效果越显著,对比晶粒尺寸可知,Al-Ti5-B1晶粒细化剂效果最佳,Al-Ti3-C0.15晶粒细化剂其次;在合金凝固的过程中,由于不同元素在液相与固相的溶解度差异,从而导致5083合金铸锭中Mg、Mn、Cr、Fe、Si等元素成分差异,虽然添加晶粒细化剂能够促进熔体在凝固过程中的形核从而有一定作用抑制偏析,但晶粒细化剂对5083铝合金的偏析改善不明显;添加晶粒细化剂的铸锭晶粒细小,晶界多,位错集群中位错个数小,应力集中小,从而导致添加晶粒细化剂的5083铸锭室温力学性能优于未添加晶粒细化剂。

半连续铸造亚共晶Al-Si合金的晶粒细化研究进展

大规格Al-Si合金铸锭的晶粒细化,一直是工业化生产的难点和研究的热点。重点综述了细化剂Ti和Si中毒、B与Sr毒化对合金晶粒细化的影响,并介绍了熔体强剪切(melt conditioned direct chill,MC)MC-DC铸造方式细化Al-Si合金晶粒组织的优点及局限性,并提出了亚共晶Al-Si合金晶粒细化的研究新思路和发展方向,以期为工业化半连续铸造亚共晶Al-Si合金的生产提供参考和借鉴。

铝合金抗“Si中毒”晶粒细化剂的研究

Al-Ti-B是铝合金常用的晶粒细化剂,常被用来提升细化铝合金的晶粒组织,通过细晶强化的方式在提升铝合金强度的同时提升其塑韧性。含Si铝合金由于Si元素的存在导致Al-Ti-B弱化或者丧失细化作用的现象被称为Al-Ti-B的“Si中毒”现象。目前针对“Si中毒”问题开发新型抗“Si中毒”晶粒细化剂对于提升Al-Si合金的性能具有重大意义。针对Al-Ti-B的“Si中毒”问题,总结了传统铝合金晶粒细化剂Al-Ti-B的细化机理,以及其“Si中毒”机制的研究进展,发现TiAl3物相在细化机制和中毒机制中扮演着重要角色,TiAl3可以促进形核,但同时当Si元素含量高时,TiAl3也会由于Si的干扰而使Al-Ti-B失去形核的作用。最后,分别阐述近年来开发的Al-Nb-B、Al-V-B和Al-Ti-Nb-B新型细化剂发展,以及其存在的优缺点和新型铝合金晶粒细化剂的细化机制,为进一步开发新型铝合金晶粒细化剂提供思路。

晶粒细化对SUS304钢的切削性能影响研究

利用微米级切削机分别对SUS304普通钢和SUS304晶粒细化钢的切削性能进行了研究,其目的是探究晶粒细化对切削性能的影响,推动绿色制造技术的进步及其应用。制作了微米级切削机,通过微米级切削机上的各个传感器,测定了普通钢和晶粒细化钢在同一条件下切削过程的切削力、振动、剪切角、剪切面剪切应力和切削面切削形态。通过试验数据分析,得到结论:在相同切削条件下,晶粒细化钢在切削时所受切削力小、剪切角大、切削振动小,并可以保持相对稳定的切削状态;晶粒细化钢切削平面较平整,其材料的加工质量较高。研究结果表明,晶粒细化钢的切削性能要显著优于普通钢。

新型晶粒细化剂对再生A356铝合金组织性能的影响

文章采用光学显微镜、X射线衍射仪和拉力试验机,研究了新型晶粒细化剂Al-4Ti-1Ni-0.8C合金对再生A356铝合金显微组织与拉伸力学性能的影响。结果表明,新型晶粒细化剂对再生A356铝合金具有良好的晶粒细化效果,可使粗大的α-Al枝晶转变为细小均匀的晶粒;随着晶粒细化剂添加量的增加,再生A356铝合金的α-Al晶粒越细小,力学性能越高;当晶粒细化剂的添加量为0.3%时,再生A356铝合金的抗拉强度为267.3 MPa,断后伸长率为7.1%,与未添加晶粒细化剂相比,此时再生A356铝合金的抗拉强度提高了15.3%,断后伸长率提高了81.5%。

自蔓延高温合成Al-TiC晶粒细化剂及其晶粒细化效果

采用自蔓延高温合成 (SHS)技术直接合成了Al 80 %TiC和Al 5 0 %TiC晶粒细化剂。研究了这两种细化剂的相组成、结构及对工业纯铝的晶粒细化效果 ,并与商用Al 5Ti 1B细化剂进行了对比。结果表明 :合成的细化剂由TiC和α (Al)两相组成 ,TiC粒子的尺寸和分布对细化剂的晶粒细化效果有显著影响。Al 80 %TiC细化剂中TiC粒子尺寸较大 (2～ 5 μm)且呈聚集成团分布 ,其晶粒细化效果较差。合成的Al 5 0 %TiC细化剂的晶粒细化效果略优于Al 5Ti 1B细化剂。加入 0 .1%的该细化剂就能使凝固试样的结构由粗大的柱状晶转变成细小的等轴晶 (平均晶粒尺寸 12 0 μm) ,且这种晶粒细化效果可保持 90min。SEM和TEM分析显示 ,Al 5 0 %TiC细化剂中原位合成的TiC粒子具有亚微米尺寸 (0 .4～ 0 .9μm) ,且在高温铝液中具有较强的稳定性 。

不同晶粒细化剂对Al-6.5Zn-2.4Mg-2.2Cu合金组织性能的影响

为了优化Al-6.5Zn-2.4Mg-2.2Cu合金的熔铸工艺,分别采用AlTi5B0.2和AlTi5B1两种晶粒细化剂开展试验,对比分别添加两种晶粒细化剂的铸锭的化学成分、低倍晶粒度、显微组织和轧制板材的拉伸力学性能、抗剥落腐蚀性能、疲劳性能。结果表明,Al-6.5Zn-2.4Mg-2.2Cu铝合金宜选择AlTi5B0.2晶粒细化剂。

Al-3Ti-0.15C丝晶粒细化剂组织分析及质量评价

利用光学显微镜和扫描电镜对不同供应商提供的Al-3Ti-0.15C丝进行组织检测,并用EDS能谱仪测定Al-3Ti-0.15C丝中的TiAl_(3)、TiC和盐类氧化夹杂物等固态夹杂。通过TiAl_(3)、TiC的尺寸及分布、盐类氧化夹杂物的总长度以及是否存在未溶解固体杂质等指标的比较,可以判定Al-3Ti-0.15C丝原辅材料的质量好坏,为铝熔铸及加工企业验收Al-3Ti-0.15C丝晶粒细化剂时的检测分析提供参考。