高纯Al-Cu-Mg合金铸态组织的研究

采用X射线衍射仪及扫描电镜对一种高纯Al-Cu-Mg合金的铸态组织进行了观察及表征,并对铸态组织中的第二相进行了能谱分析。研究结果表明,合金的铸态组织中主要存在α-Al、Al2CuMg(S)、Al2Cu(θ)以及Al7Cu2(Fe,Mn)相。根据Cu、Mg含量及其质量比对Al-Cu-Mg系合金相组成和力学性能的影响,对Al-Cu-Mg系合金的成分设计进行了讨论。

预拉伸对高纯Al-Cu-Mg合金型材组织和性能的影响

采用室温拉伸试验、剪切试验、晶间腐蚀及透射电子显微镜观察等方法,研究了高纯Al-Cu-Mg合金型材淬火后预拉伸对其组织和性能的影响.研究结果表明:预拉伸处理可以提高高纯Al-Cu-Mg合金型材的强度,随着预拉伸变形量的增加,其屈服强度明显提高,伸长率逐渐降低;剪切强度随预拉伸变形量的增加而逐渐增加;预拉伸变形量对该合金型材晶间腐蚀最大深度的影响不明显;合金中的弥散相绝大部分为含Mn的弥散相,也有少量含Cr的弥散相.

固溶处理对高纯Al-Cu-Mg合金显微组织及力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、DSC差热分析、室温拉伸、硬度测试等手段,研究了固溶处理对高纯Al-Cu-Mg合金轧制态板材显微组织和力学性能的影响。结果表明,随着固溶温度升高和固溶时间延长,合金基体内未溶残留相逐渐减少,自然时效T4状态材料的屈服强度、抗拉强度逐渐升高,伸长率呈上升趋势。合金在505℃固溶保温1 h后的抗拉强度和屈服强度分别达到466 N/mm2、298 N/mm2,伸长率达到21.1%。合金在500℃固溶保温20 min时出现硬度峰值,为136 HV。

热机械处理对Al-Cu-Mg合金显微组织和力学性能的调控机理

采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、拉伸力学性能测试以及疲劳裂纹扩展速率测试等手段探究热机械处理工艺对Al-Cu-Mg合金显微组织及宏观性能的影响。结果表明:热机械处理工艺可以使Al-Cu-Mg合金获得良好的强塑性配合,其中,采用25%变形量的固溶热轧+30%变形量的深冷非对称轧制(1.2异速比)+100℃、6 h的人工时效处理时,Al-Cu-Mg合金的伸长率可达10.1%;抗拉强度和屈服强度达到了517.2和448.3 MPa,分别比常规T6态的Al-Cu-Mg合金高74.8和98.6 MPa。热机械处理工艺使合金中出现大量位错缠结及细小S析出相,高强度的Goss织构和大量剪切织构通过影响疲劳裂纹的偏折提升合金的疲劳性能。

原子团簇尺寸对Al-Cu-Mg合金疲劳过程中滑移带形成及裂纹扩展行为的影响

通过透射电镜(TEM)、原子探针(APT)等分析手段,研究了不同时效态Al-Cu-Mg合金中原子团簇对疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明:自然时效态试样只含有小尺寸原子团簇(<100个原子),而170℃人工时效态试样出现大尺寸原子团簇(>100个原子),且随着时效时间的延长,大尺寸原子团簇逐渐增多,并在170℃/8 h态开始析出少量S′相。小尺寸原子团簇对位错滑移的阻碍作用较小,在裂纹扩展过程中形成了较多的滑移带,裂纹沿滑移带扩展,表现出较高的裂纹扩展速率;随着团簇尺寸的增大,延缓了Al-Cu-Mg合金在疲劳过程中的溶解和强化效应的衰减,限制了裂纹前端滑移带的形成,显著降低了裂纹扩展速率;S′相的析出阻止了位错往复滑移并减少了裂纹闭合效应,表现出较高的疲劳裂纹扩展速率。170℃/1 h态合金中大尺寸原子团簇数量密度较高,且没有析出S’相,因此具有较优的抗疲劳裂纹扩展性能。

Ag元素和时效时间对T6态Al-5Cu-0.8Mg-0.15Zr-0.2Sc合金拉伸性能的影响

为了明确Ag元素的添加对Al-Cu-Mg系铝合金拉伸性能的影响,针对T6态(固溶+时效处理)的热挤压Al-5Cu-0.8Mg-0.15Zr-0.2Sc(-0.5Ag)合金进行了室温和高温拉伸实验。结果表明,添加0.5%Ag元素可显著提高T6态Al-5Cu-0.8Mg-0.15Zr-0.2Sc合金的室温抗拉强度、屈服强度、峰时效态及该合金在150~300℃范围的抗拉强度和屈服强度,但会降低该合金的室温和高温塑性。断口形貌的扫描电子显微镜观察与分析结果表明,在室温及高温拉伸加载条件下,T6态Al-5Cu-0.8Mg-0.15Zr-0.2Sc(-0.5Ag)合金的拉伸断口上大部分存在韧窝和撕裂棱,表现出明显的韧性断裂特点。

Al-Cu-Mg合金组织与力学性能的新型热机械处理调控

采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、拉伸力学性能测试、疲劳裂纹扩展速率测试等研究了新型热机械处理对Al-Cu-Mg合金组织与性能的影响及调控机理。结果表明:新型热机械处理可以使Al-Cu-Mg合金实现良好的强塑性配合,在高伸长率(11.3%)条件下抗拉强度和屈服强度分别达到516.7MPa和475.3 MPa。热机械处理中的大倾转角、大扭转角晶界的Goss晶粒和剪切织构的引入显著提高了合金的抗疲劳裂纹扩展性能,裂纹闭合效应可降低有效裂纹尖端应力强度因子范围,延缓疲劳裂纹扩展速率。新型热机械处理通过对析出相、位错与织构组态的协同调控以显著改善合金的力学性能。本工艺的织构演变包括Cube织构和Goss织构的形成与转变,Brass织构、Copper织构和S织构等轧制织构以及剪切织构的形成。

微量Sn添加对Al-Cu-Mg合金均匀化过程中组织演变的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子探针显微分析(EPMA)和X射线衍射(XRD)等研究了微量Sn添加对Al-Cu-Mg合金均匀化前后微观组织演变的影响,同时对合金拉伸性能进行了测试。结果表明:Al-Cu-Mg-Sn合金中初生Mg_(2) Sn相的形成为剩余α(Al)液相的凝固提供了异质形核点,细化了Al-Cu-Mg合金的晶粒尺寸,由约300μm减少至约150μm。一级均匀化热处理(490℃保温22 h)后,含Sn合金中虽然具有更多的Al_(2) Cu相残留,但可通过更高温的二级均匀化热处理(510℃保温3 h)得到有效消除,且合金中的Al_(7)Cu_(2) Fe相也得到了较大幅度的细化和球化。添加微量Sn后,合金的抗拉强度由209 MPa提升至256 MPa,断后伸长率由3%提升至5.5%。断裂方式由解理断裂为主转变为出现大量韧窝的塑性断裂。

冷轧变形对Al-Cu-Mg合金的显微组织与力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、EBSD技术、透射电子显微镜和万能拉伸试验机等研究了冷轧变形对热轧态Al-Cu-Mg合金显微组织和性能的影响。显微组织观察结果表明,随着冷轧变形量的增加,合金中未溶的Al_(2)CuMg[Fe,Mn]相和Al_(2)Cu[Fe,Mn]相发生了破碎。基体中存在较多的棒状Al_(2)0 Cu_(2)Mn_(3)相,该相附近存在大量缠结位错,对合金产生显著强化效果。在冷轧变形量为19%时,位错密度达到最大值。同时,随着冷轧变形量的增加,S、R、Cube、Goss、Brass织构的含量也增加,〈111〉、〈110〉织构的含量降低。力学性能测试结果表明,随着冷轧变形量的增加,合金强度提高,延伸率仍保持较高水平。当冷轧变形量为11%时,合金轧向综合力学性能最佳,抗拉强度为465.0 MPa,屈服强度为291.6 MPa,延伸率为19.0%。此时,合金横向抗拉强度为469.9 MPa,屈服强度为318.0 MPa,延伸率为16.9%。

Cr元素纯度对GH4169合金铸态组织的影响

GH4169合金是目前航空发动机中用量最大的高温合金材料,随着发动机性能需求越来越高,对合金纯净度要求也越来越高。本文选用纯度不同的金属铬以及高纯铬冶炼GH4169合金,通过金相显微镜和扫描电镜表征铸态组织形貌以及采用能谱分析了元素分布,探究了铬的纯度对GH4169合金铸态组织的影响。发现铬元素纯度对枝晶形貌、元素分布的影响较小,但是对碳化物、Laves相的形貌存在明显的影响:高纯铬能减少析出相的数量和尺寸,有利于冶炼过程中元素的均匀分布。

Al-Cu-Mg高强铝合金的研究进展

综述了Al-Cu-Mg系高强铝合金的发展,评述了微量元素对Al-Cu-Mg系合金性能的影响,介绍了热处理对Al-Cu-Mg系合金的影响机制,指出了现存的问题并展望了Al-Cu-Mg高强铝合金的发展趋势。

析出相对Al-Cu-Mg合金蠕变行为的影响

利用不同的热处理制度制备T4、欠时效、峰时效和过时效4种状态的合金,并通过恒应力蠕变拉伸实验和显微组织观察分别对不同状态合金在150℃、225 MPa和200℃、200MPa的蠕变行为进行分析。结果表明:合金在150℃蠕变时,变形主要依靠晶内的位错滑移,细小弥散分布的析出相以及固溶原子对位错的钉扎有利于降低合金的蠕变速率;4种合金在该蠕变条件下均经历较长的稳态蠕变阶段,其中峰时效合金的蠕变速率最低;合金在200℃蠕变时,变形主要依靠晶界滑移;在蠕变过程中,峰时效态和过时效态合金中形成明显的无沉淀析出带,导致其蠕变速率显著增加,并且几乎没有出现明显的稳态蠕变阶段;欠时效态合金在该蠕变条件下的蠕变速率最低。

固溶处理对高纯7055铝合金组织的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射谱仪研究了固溶处理对高纯7055铝合金组织的影响。结果表明:合金固溶时,粗大的初生AlZnMgCu相溶解缓慢,并逐渐球化;而初生AlZnMgCuFeTi相几乎不溶解。固溶温度越高(460-480℃),时间越长(0-240min),初生AlZnMgCu相溶解越多,再结晶越多,晶粒尺寸越大。再结晶主要于初始晶界上的粗大初生相上形核(PSN机制),并向弥散Al3Zr粒子少的变形晶粒内部长大。490℃固溶时,出现过烧组织,晶粒粗大。分级固溶较单级固溶可更好的控制合金组织,如460℃×120min+480℃×60min与480℃×180min相比,再结晶和晶粒尺寸小得多,但初生AlZnMgCu相溶解程度相差不大。

不同压力对挤压铸造Al-Cu-Mg合金性能的影响

使用挤压铸造工艺制备了高强、高韧Al-4.5Cu-1Mg合金。在挤压力为70MPa下成型后,合金的最大抗拉强度达到288.8MPa、伸长率达到12.8%、HRB硬度达到48.3。通过对该合金力学性能及其显微组织的研究表明,合金的抗拉强度、伸长率以及硬度随着压力的增加而增大,并且在70MPa时达到最大值,70MPa之后继续增加压力,对材料性能影响不大。研究了挤压力对合金的密度和导电性的影响。试验结果表明,合金的密度随着压力的增加而快速增大,在挤压压力为70MPa时达到最大值,然后变化不大。

蛇形轧制对Al-Cu-Mg合金板材强韧性能及微观组织的影响

基于实验室自制蛇形轧制装置,采用室温拉伸、Kahn撕裂、电子背散射衍射(EBSD)等测试方法对比研究蛇形轧制非对称工艺参数对Al-Cu-Mg合金轧制板材的室温强度、断裂韧性和显微组织的影响。结果表明:合理的蛇形轧制工艺在能够使Al-Cu-Mg合金板材保持强度性能的同时,显著提升其断裂韧性。当偏移量相同时,蛇形轧制板材的强度性能随着异速比增加而提高,但伸长率和断裂韧性降低;当异速比相同时,随着偏移量增加,蛇形轧制板材强度降低,伸长率和断裂韧性明显升高。在偏移量10mm且异速比为1.1的条件下,蛇形轧制试样裂纹单位形核能提升高14%~36%。这是由于蛇形轧制能够增强Al-Cu-Mg合金板材Cube织构并减弱Brass织构,形成具有更高裂纹扩展阻力的织构组态所致。

镁及镁合金的高纯净化

对各种杂质在镁及不同系列的镁合金的行为及对镁合金性能的影响作了系统的分析。论文指出镁合金高纯净 化是镁合金扩大应用范围的关键之一,而镁及镁合金高纯净化是一项十分艰巨的任务。国内外已研究成功的镁合金高纯 净化工业技术同今天镁合金的发展需要还有差距,开发新的镁合金高纯净化技术是今后的重大任务。

Ag含量对Al-Cu-Mg合金组织和性能的影响

采用维氏硬度、室温拉伸性能测试、金相显微分析技术、透射电子显微分析等手段,研究Ag含量对Al-Cu-Mg耐热铝合金组织和性能的影响。结果表明:随着Ag含量的增加,室温时Al-Cu-Mg合金的屈服强度和抗拉强度增加,塑性逐渐降低,但总体保持在较高水平;合金的硬化速率加快,峰时效提前,峰值硬度提高;不含Ag的Al-Cu-Mg合金中的强化相为θ'相,添加微量Ag后,Al-Cu-Mg合金的主要强化相为Ω相,且随着Ag含量的增加,Ω相的含量也逐渐增加,Ag能够促进Ω相的析出。

Al-Cu-Mg-Sc-Zr合金均匀化制度的研究

通过DSC、OM、SEM、TEM等手段,研究了常规均匀化和双级均匀化后Al-Cu-Mg-Sc-Zr合金的微观组织和力学性能。结果表明,经490℃×24h常规均匀化处理后,合金中枝晶偏析基本消除,非平衡凝固形成的多相组织基本上转变成均匀化组织;而经420℃×8h+490℃×16h双级均匀化处理后,合金的铸态组织得到改善,420℃×8h的预处理使Al3(Sc,Zr)均匀析出,提高了合金强度,并将抑制后续加工热处理过程中的再结晶。故确定420℃×8h+490℃×16h为合金的最佳均匀化处理制度。

不同取向条件下Al-Cu-Mg-Sc-Zr合金薄板的组织与性能

采用室温拉伸性能测试、金相组织观察、透射电子显微分析以及取向分布函数(ODF)测定研究T3态Al-Cu-Mg-Sc-Zr合金(2524SZ-T3)薄板在不同取向条件下的显微组织和力学性能。研究结果表明:合金薄板在与轧制方向呈30°,60°和90°方向上的强度较0°和45°方向上的强度稍低,伸长率则在60°方向上最高,薄板的抗拉强度、屈服强度和伸长率平面各向异性指数分别为0.9%,3.3%和6.6%;2524SZ-T3态铝合金薄板具有明显的再结晶织构{110}-111-和CubeND旋转立方织构{001}-310-,同时还保留较弱的轧制织构即Goss织构{011}-100-;不同取向条件下2524SZ-T3合金薄板的平面各向异性与合金的晶粒结构以及晶体学织构密切相关。

Mg对三元Al-Cu-Mg合金位错分布组态的影响

对经均匀化退火,不同变形锻造,固溶处理的样品,借助TEM,研究了Mg对三元Al-Cu-Mg合金位错分布组态的影响。研究结果表明:Cu原子与Al原子在变形与时效过程中形成了Al2Cu沉淀相而降低了Cu元素在Al基体中的浓度,减少了Cu、Mg元素的交互作用。由于Mg元素有较大的原子半径,与基体产生了很大的晶格畸变能和内摩擦力,因此Mg元素在Al基体中对位错的分布式滑移(交滑移)起着明显的阻滞作用,限制了胞状组织的形成。与典型的高能层错金属与合金中位错呈胞状组织不同,Al-Cu-Mg合金中的位错呈准均匀的Taylor晶格分布,这种分布可以降低合金的自由能。