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。

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。

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%。

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。

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。

电解质及其交互作用对A356铝合金微弧氧化膜耐蚀性的影响

采用回归正交旋转组合试验设计,建立A356铝合金微弧氧化膜点滴及电化学耐蚀性关于Na_(2)SiO_(3)、NaOH及KF浓度的回归方程,通过方差分析(ANOVA)对回归模型的显著性进行检验,结合响应面图进一步分析电解质对膜层微观形貌、物相组成及耐蚀性的影响。结果表明:所建立的回归模型显著,失拟不显著,且回归模型的拟合度及预测精度都比较高。帕累托分析显示,主盐Na_(2)SiO_(3)对膜层点滴、电化学耐蚀性的影响都比较大,NaOH的影响次之,且NaOH与Na_(2)SiO_(3)之间存在明显的交互作用。响应面分析显示,高浓度的Na_(2)SiO_(3)搭配低浓度的NaOH才有利于涂层耐蚀性的提高。通过Pearson相关分析可知,膜层的点滴耐蚀性主要受膜层厚度的影响,而电化学耐蚀性主要依赖膜层的致密度及孔隙率。膜层点滴、电化学耐蚀性的腐蚀机制不同是导致电解质对两指标影响有所不同的主要原因。

A356铝合金轮毂内部缺陷的在线实时检测

A356铝合金是汽车轮毂生产制造的主要原材料,在铸件冷却过程中容易产生气孔、缩孔等内部缺陷,需要使用X射线探伤设备来检测。在介绍轮毂X射线检测设备的基础上,提出使用背景相减法提取缺陷的技术方案,先用循环引导滤波算法模拟背景图像,然后使用原始图像减去模拟图像,对得到的二值图像经数学形态学后处理,实现缺陷的准确提取。实验结果表明,提出的技术方案通用性强、实时性好,能够用于铝合金轮毂内部缺陷的在线实时检测。

基于动态再结晶−黏塑性自洽模型的A356铝合金高温变形行为

以A356铝合金为研究对象,构建动态再结晶(DRX)模型耦合黏塑性自洽(VPSC)模型,研究其在500℃热压缩下的流变应力、织构演变和变形机制。结果表明:构建的模型能较为准确地仿真A356铝合金高温热压缩变形过程中的流变应力和织构演变;高温热压缩时A356铝合金发生了动态再结晶,对材料起到明显的软化作用,同时弱化了(011)[100]织构组分,但强化了(2ˉ10)[132]织构组分;共晶Si发生的破碎细化消耗了塑性变形功,使晶粒转动角度变小;大部分晶粒形成Goss织构过程中以(111)[011]滑移和(111)[011]滑移为主,形成Brass织构过程中以(111)[101]滑移和(111)[101]滑移为主。

热控制制度强化再生A356铝合金性能研究

文章考察了废铝制品制备再生A356铝合金过程中精炼除杂脱气、冷却制度及热处理条件对再生铝合金组织结构及力学性能的影响,研选了提升再生A356铝合金力学性能的关键工艺参数,结果表明:通过投加自制Ti-C_(2)Cl_(6)精炼剂,再生铝合金浇注后立即室温水淬骤冷,以及固溶+时效的热处理等步骤,可实现脱气除杂、晶粒细化和抑制β-Fe相生成目的,所得铸态再生A356铝合金抗拉强度由201 MPa大幅度提升至277 MPa,将有助于推动汽车用再生铝技术的高质量发展。

A356铝合金轮毂低压铸造数值模拟以及组织与力学性能

采用轻质铝合金构件是实现汽车轻量化的重要策略,轮毂作为典型车用铝合金零件,其成形质量与低压铸造工艺参数密切相关。本文采用ProCAST有限元软件对A356铝合金轮毂低压铸造过程进行模拟仿真,研究了浇注温度及保压时间对轮毂成形质量的影响。并利用优化参数对轮毂进行铸造,对其成形质量及组织性能进行分析;同时,对轮毂不同部位进行微观组织及力学性能分析;对轮辋部位进行拉伸性能测试。结果表明:在浇注温度为700℃、保压时间为80 s时,铝液充型平稳,凝固符合顺序凝固原则,其铸造缺陷产生的概率最低;轮毂由内至外晶粒尺寸逐渐减小,由轮毂中心部位的58μm减小至外轮缘的23μm;轮辋部位抗拉强度可达228 MPa,屈服强度为170 MPa,断后伸长率为6%。

Mg、Ce、Sr复合微合金化对A356铝合金组织和性能的影响

通过金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、拉伸试样机等分析手段研究了Mg、Ce、Sr等元素复合添加对A356合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,多元素复合添加对A356铝合金的细化和变质效果较好,α-Al相尺寸减小,共晶硅也由针片状转变为颗粒状或短杆状。添加0.25%Mg、0.2%Ce、0.015%Sr后合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率分别为345 MPa、289 MPa、7%。变质后合金的断裂以韧性断裂为主。

稀土镧对A356铝合金组织的变质作用研究进展

组织的变质细化是提高A356铸造铝合金性能的关键。分别从单一La和La联合其他元素组成复合变质剂两种情况叙述了La对A356合金变质作用的近期研究成果,说明La等稀土元素对合金具有显著的变质作用,并探讨以La为主要变质剂最佳的质量百分数、相关工艺和作用机理。

共晶Si形貌对A356铝合金动态、准静态压缩力学性能及氢脆的影响

共晶Si形貌与A356铝合金的动态、准静态压缩变形下的力学性能及抗氢脆性能的影响密切相关。因此文章通过Material Test System(MTS)及霍普金森压杆(SHPB)测试变质前后A356铝合金的动态/准静态压缩力学行为,并采用电化学充氢方法研究合金的抗氢脆性能。结果表明,准静态压缩变形后,合金中板状共晶Si垂直于压缩方向破裂成颗粒状。细化后的共晶Si提高了合金的塑性,延缓了合金的失效。而动态压缩变形后,板状共晶Si变形不均匀,并且碎成块状的共晶Si的尖端在压缩过程中会切割基体,导致其附近出现裂纹等缺陷。随着应变速率增大,铸态A356合金的屈服强度及抗压强度逐渐增大,合金具有一定的应变速率敏感性。变质后,共晶Si得到细化,增大了Al/Si接触面积,共晶Si捕获原子氢后降低了其与基体的连结,导致合金在拉伸变形过程中裂纹更易沿其扩展,并且细化后的共晶Si会进一步降低合金的抗氢脆性能力。其中细化后残存的块状共晶Si在捕获原子氢后会出现脱粘现象,易成为裂纹萌发点。

S-EMS复合作用对A356铝合金半固态组织形貌的影响

研究了蛇形通道制备A356铝合金半固态浆料时,浇注温度和通道数量对半固态坯料中心和边缘微观组织的影响。并结合蛇形通道与螺旋磁场电磁搅拌,开发了一种新型的半固态制浆方法--S-EMS,研究了高过热度浇注对A356铝合金半固态浆料初生形貌和尺寸的影响。结果表明:在不加任何处理时,显微组织具有明显的枝晶特征,部分枝晶臂长度甚至超过200μm。采用蛇形通道制备半固态浆料时,随着浇注温度的降低或通道数量的增加,试样中心与边缘的平均晶粒尺寸均不断减小并趋于平缓,形状因子不断增加并逐渐趋于平缓,但从3个通道增加至4个通道时,心部形状因子略微降低。S-EMS法在浇注温度680℃下制备出平均晶粒直径78.68μm,形状因子0.65的微观组织,即使在高过热度浇注条件下也能制备出良好的半固态组织。当浇注温度降至660℃,制备出平均晶粒尺寸和形状因子分别为70.25μm及0.71的具有理想微观组织的半固态坯料。

低强度脉冲磁场下时效温度和时间对A356铝合金组织和性能的影响

对A356铝合金进行T6热处理,在时效时施加33 mT低强度脉冲磁场,研究了时效温度(175,185℃)和时效时间(50,60,70 min)对A356铝合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:在脉冲磁场作用下时效后,A356铝合金的二次枝晶间距随时效温度升高或时效时间延长而减小,共晶硅的长径比随时效时间延长先减小后增大;时效温度为185℃时共晶硅的直径和长径比较175℃时有所增大,但其数量减少;在脉冲磁场作用下时效后,A356铝合金的抗拉强度和屈服强度随时效时间延长或时效温度升高而增大;A356铝合金的热处理工艺可改进为540℃固溶60 min+175℃时效70 min,时效时施加33 mT脉冲磁场,该工艺处理后铝合金的拉伸性能满足使用要求。

挤压铸造压力对汽车用A356铝合金性能的影响

为了研究挤压铸造压力对汽车用A356铝合金显微组织、耐腐蚀性能和耐磨损性能的影响,采用不同的挤压铸造压力制备了A356铝合金试样,并进行了显微组织分析,以及耐腐蚀性能和耐磨损性能的测试与分析。结果表明:随挤压铸造压力从25 MPa增大到125 MPa,合金试样的组织先细化后粗化、腐蚀电位先正移后负移,磨损体积先减小后增大,耐腐蚀性能和耐磨损性能均先提高后下降。与挤压铸造压力25 MPa的合金性能相比,挤压铸造压力100 MPa时A356铝合金的腐蚀电位正移了14%,磨损体积减小了38%,合金耐腐蚀性能和耐磨损性能均得到显著提高。汽车用A356铝合金的挤压铸造压力优选为100 MPa。

T6热处理与焊接顺序对A356铝合金搅拌摩擦焊接头组织和力学性能的影响

研究了A356铝合金在T6热处理后进行搅拌摩擦焊(T6-FSW)和搅拌摩擦焊后进行T6热处理(FSW-T6)2种不同工艺下的接头组织及力学性能。结果表明,T6-FSW接头的焊核区由细小的动态再结晶晶粒构成,但析出相发生溶解或粗化,接头横向拉伸时抗拉强度和延伸率分别为214 MPa和5.3%,平均硬度为76HV_(0.5),焊核区抗拉强度和延伸率分别为236 MPa和12.5%,接头冲击韧性为12.10 J;FSW-T6接头的焊核区发生异常晶粒长大,但具有高密度的细小析出相,接头横向拉伸的抗拉强度和延伸率分别为254 MPa和8.5%,平均硬度为96HV_(0.5),焊核区抗拉强度和延伸率分别为297 MPa和7.0%,接头冲击韧性为8.23 J。

Sr、Y复合添加对A356铝合金组织和力学性能的影响

运用XRD、金相显微镜、扫描电镜及力学性能测试,研究了添加不同含量的Sr、Y对A356铝合金显微组织和力学性能影响。结果表明,复合添加0.04%Sr和0.3%Y时,α-Al晶粒等效直径和二次枝晶间距值趋于稳定;抗拉强度和伸长率在此时达到最大值,分别为188.3MPa和7.2%。