T6态热挤压Al-5Cu-0.8Mg-0.15Zr-0.2Sc-0.5Ag合金的低周疲劳行为

为了揭示经过T6处理的热挤压Al-5Cu-0.8Mg-0.15Zr-0.2Sc-0.5Ag合金在不同温度下的低周疲劳变形与断裂行为,对T6态热挤压合金进行了室温和200℃条件下的低周疲劳实验。结果表明:在室温和200℃下合金塑性应变幅与载荷反向周次之间服从Coffin-Manson公式,而弹性应变幅与载荷反向周次之间服从Basquin公式;合金在室温和200℃下低周疲劳变形时,在较低外加总应变幅下疲劳变形机制主要为平面滑移,而在较高外加总应变幅下疲劳变形机制主要为波状滑移;室温和200℃下合金的疲劳裂纹均萌生于疲劳试样表面并以穿晶方式扩展。

锌镁比对Al-Zn-Mg-Cu-Er-Sc-Zr合金显微组织与耐腐蚀性能影响的研究

通过调整Al-Zn-Mg-Cu-Er-Sc-Zr合金中的Mg元素含量,研究了Zn/Mg比的变化对合金相演变以及腐蚀性能的影响规律。结果表明:Al_(8)Cu_(4)Er相、Al_(3)(Er,Sc)相与含Fe相存在明显的伴生关系,二者依附于含Fe相生长。Zn/Mg比的变化可显著改变三者间的交互形式,高的Zn/Mg比例有利于稀土相独立生长,且在比值为4.18的条件下,Al_(8)Cu_(4)Er相与含Fe相均得到了显著细化。细化的晶界第二相使腐蚀坑深度仅为82μm,而连续的伴生混合相、粗大稀土相等均会不同程度降低合金的耐蚀性能。

Mg、Si含量对Al-Cu-Mg-Ag-Si合金析出相的影响

研究了Mg、Si元素含量对Al-Cu-Mg-Ag-Si合金实际析出相种类及性能的影响。结果表明,Al-Cu-Mg-Ag-Si合金中高Mg含Si合金析出了大量S相和粗大的第二相;低Mg低Si合金中析出了常见的θ相和Ω相;低Mg含Si合金中出现了6系铝合金中常见的σ相和β″相等多种析出相,且具有非常细小弥散的θ相,为合金提供了良好的强化效果。Si和Mg的存在均极大地改变了合金的析出序列,无法通过增加Mg含量抵消Si的作用。Si的加入显著抑制了Ω相的析出,而大幅增加Mg含量则会促进S相的析出。

Cr对Al-Cu-Mg-Ag合金动态再结晶行为和力学性能的影响

借助光学显微镜(OM),X射线衍射仪(XRD),场发射扫描电镜(SEM-EDS)和透射电镜(TEM)研究Cr对Al-CuMg-Ag合金铸态组织和双级均匀化后弥散相分布、尺寸和数量密度的影响,并采用高通量等温压缩实验研究不同等效应变下Cr对Al-Cu-Mg-Ag合金动态再结晶行为的影响。结果表明:均匀化阶段除析出棒状T-Al_(20)Cu_(2)Mn_(3)弥散相外,还出现平均直径和数量密度分别为67.4 nm和4.7μm^(-2)的球状Al7(Cr, Mn)弥散相,Cr与Mn相反的平衡分配系数(K_(Mn)<1_(vs) K_(Cr)>1)将无弥散相析出面积分数从29.5%降至13.8%,棒状的T-Al_(20)Cu_(2)Mn_(3)弥散相平均长度从275.4 nm减小至147.3 nm,数量密度从3.5μm^(-2)增至10.4μm^(-2)。EBSD和拉伸实验结果表明,Al7(Cr, Mn)弥散相对位错运动阻碍作用减少热压缩过程中小角度晶界向大角度晶界的转变,抑制动态再结晶。Cr的添加提高Al-Cu-Mg-Ag合金不同温度下的力学性能,在25,250,300℃下Al_(7)(Cr,Mn)弥散相对合金屈服强度的贡献值分别为21.9,16.2 MPa和15.3 MPa。

铬含量对Al-Cu-Mg-Ag合金微观组织和热暴露性能的影响

研究了Cr含量对Al-Cu-Mg-Ag合金微观组织和热暴露性能的影响。结果表明,随着Cr含量增加,合金室温强度呈先上升后下降的变化趋势,含0.2%Cr的合金表现出优异的室温力学性能。透射定量计算结果表明,向合金中添加0.2%Cr,促进了热暴露后合金中Ω相的析出,提高了Ω相的抗粗化性能。Cr添加量超过0.3%后,合金晶界处析出(Al,Cr,Mn,Ti)富集相,导致晶粒粗大。

Al-Cu-Mn-Fe-Ag-Zr合金的微观组织与室温和高温性能研究

Al-Cu合金具有低密度、耐热性好和潜在的高温稳定性等优点,广泛应用于汽车和航空航天等领域。为提高Al-Cu基铸造合金的耐热性能,本文制备了质量分数为Al-4%Cu-0.5%Mn-0.1%Fe-0.4%Ag-0.3%Zr(简称AC)的合金。采用OM和SEM分析了合金的微观形貌及化学成分,采用XRD分析了合金的物相结构,采用EBSD研究了晶粒形态与尺寸分布,采用TEM分析了合金在时效处理后的微观组织和析出相形态,采用高低温拉伸试验机进行了室温和高温力学性能测试。结果表明,AC合金在铸造过程中形成的金属间化合物主要包括Al_2Cu和Al_7Cu_2Fe,其中,Al_2Cu相在固溶处理后溶入基体中,并在时效处理后重新沉淀为θ′相,成为主要的强化相。此外,经T6热处理后,合金中还包含着T_(Mn)(Al_(20)Cu_2Mn_3)相,Ag元素固溶于铝基体中,而Zr元素则使得合金析出L1_2-Al_3Zr纳米相,其与θ′相存在位向关系。测试了合金在室温和高温(200、300和400℃)下的拉伸性能,对应屈服强度可分别达236、155、129和61 MPa。

Cu含量对Al-Cu-Mg-Ag合金力学性能和耐腐蚀性能的影响

Cu元素是Al-Cu-Mg-Ag合金的主要合金元素之一,对合金性能有重要影响。采用Cu元素质量分数分别为3.08%、3.39%、3.93%的3种Al-Cu-Mg-Ag合金,通过金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、常温拉伸力学性能测试和晶间腐蚀试验、电化学试验研究了Cu含量对合金的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。试验结果表明:随着Cu含量增加,铸态Al-Cu-Mg-Ag合金的晶粒尺寸逐渐减小,T8态处理的合金的屈服强度和抗拉强度提高,延伸率略有下降,合金中Ω相的数量增加;随着Cu含量增加,合金耐腐蚀性能先提升后下降,w(Cu)=3.39%的合金耐腐蚀性能相对较好。

Sc含量对Al9.0Zn2.5Mg2.2Cu0.2Zr合金铸态组织的影响

本文研究了Sc添加量对Al9.0Zn2.5Mg2.2Cu0.2Zr合金铸态组织的影响。结果表明,微量Sc与Zr协同可形成Al_(3)(Sc,Zr)第二相,在铸造过程中具有促进非均质形核、细化铸态晶粒的作用,并对合金共晶组织有明显的变质作用。但铸态合金中部分可达微米级初生Al_(3)(Sc,Zr)第二相对合金的加工性能和力学性能易产生不良影响。

Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的热变形行为研究

以7000系Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金为研究材料,在Gleeble1500热模拟试验机上进行变形温度250~400℃,应变速率0.01~10 s^(-1)条件下的等温压缩试验。研究结果表明:合金在等温压缩过程中的流变应力随着应变速率的增大而增大,随着变形温度的增大而减小。当应变速率为10 s^(-1),变形温度为250℃时,合金的峰值应力可达205 MPa。大部分的真应力-应变曲线呈现动态再结晶特征,结合TEM分析,动态再结晶的形成机制是位错通过滑移和攀移逐渐演变成小角度晶界(2°~15°)和大角度晶界(>15°),依靠位错重排在原始晶粒内部形成亚结构,最终形成完整晶界。同时,采用Arrhenius模型和Zener-Hollomon参数方程,构建了Al-Zn-MgCu-Zr合金的本构方程,其中合金的平均变形激活能为324 187 J/mol。此外,通过Prasad失稳判据等模型,构建了0.2、0.4以及0.6应变下的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的热加工图,获得可加工窗口为:252~400℃,0.01~0.015 s^(-1)。

Zr对Al-Si-Mg-Mn合金凝固过程、时效组织和性能的影响

通过模拟计算、组织观察以及力学性能测试,研究了不同Zr含量对铸造Al-Si-Mg-Mn合金凝固过程、时效组织及力学性能的影响。结果表明,随着Zr含量增加,合金凝固路径存在显著差异,晶粒由初期树枝晶逐步演变为等轴晶;175℃时效7 h条件下,Zr的加入显著提高合金硬度。Zr的加入促使析出相在更低时效温度析出,这可能是Zr细化了晶粒从而提高了扩散效率。峰值时效时合金主要析出相为β″相和Q′相。

Al−Cu−Li−Mg合金纳米相之间溶质配分行为的第一性原理研究

采用一性原理计算考察25种合金化元素在大多数商业牌号Al−Cu−Li−Mg合金中主要纳米相(δʹ-Al3Li、θʹ-Al2Cu、T1-Al6Cu4Li3和S-Al2CuMg)之间的溶质配分能和配分行为。计算结果表明,主合金化元素Li不能直接影响θʹ和S相,Cu不能直接影响δʹ相,Mg不能直接影响θʹ和δʹ相,但可以较弱地固溶于T1相。对于微合金化元素,Si是唯一一种可以固溶于4种纳米相的元素。Au能固溶于δʹ、θʹ和S相,Cd能固溶于δʹ、T1和S相,Zr能固溶于δʹ和T1相,Ni仅有微弱的趋势固溶于θʹ和S相。Ti、V、Zn、Ag和Mo只能固溶于δʹ相,而Cr、Mn、Fe和Co对这4种纳米相均没有直接影响。几乎所有的稀土元素均能强烈固溶于T1、δʹ和S相,但无法固溶于θʹ相。仅Sc略显特殊,对S相没有明显的固溶趋势。计算预测的溶质配分能构成了一个原型数据库,有利于指导和加速Al−Li合金及其他相关Al合金的设计。

双阶段均匀化对铸轧Al-Zn-Mg-Cu合金Al_(3)Zr析出的影响

研究了均匀化制度对双辊铸轧Al-Zn-Mg-Cu合金Al_(3)Zr相析出行为及再结晶的影响,以及Al_(3)Zr析出和再结晶程度对合金力学性能和耐晶间腐蚀性能的影响.结果表明,相比于传统的单阶段均匀化,双阶段均匀化的第一阶段为Al_(3)Zr的析出提供了更大的形核驱动力和更多的非均匀形核质点,促进了Al_(3)Zr的析出.此外,不同的升温速率对Al_(3)Zr的析出也有影响,缓慢的升温速率有利于细化Al_(3)Zr尺寸,增加Al_(3)Zr的数量密度和体积分数.固溶处理时,Al_(3)Zr相f/r值的变化导致了不同的再结晶抗力,因此在T6处理后双阶段均匀化的试样再结晶组织比例降低,大角度晶界数量减少.Al_(3)Zr相f/r值以及显微组织的变化对合金力学性能的影响较小,显著提高了合金的抗晶间腐蚀性能.

Zr对铸造Al-Si-Cu-Mg合金时效硬化行为的影响

利用硬度测试、拉伸测试、DSC、TEM等手段研究了不同Zr含量对铸造Al-Si-Cu-Mg合金的强化相时效析出的影响。结果表明:Zr在不同时效期间的作用不同,前期推迟GP1区的形成,峰值时效期间促进富Cu相的析出,时效后期抑制富Cu相向平衡相转变;Zr的加入提高了合金的力学性能。

Al-Cu-Mg-Ag-Zr铝合金热稳定性能研究

研究了Al—Cu—Mg—Ag—Zr合金高温短时拉伸和热暴露行为及其微观组织。高温拉伸试验结果表明，在150～250℃范围内，高温强度下降比较平缓，且250℃下的拉伸强度达到270MPa；在250～300℃范围内，高温强度迅速下降。热暴露试验结果表明，在相同时间的条件下，暴露温度从室温至150℃合金的强度和伸长率几乎没有变化，从200～300℃合金强度下降，但在200℃热暴露后的拉伸强度仍保持386MPa。透射电镜分析表明，合金欠时效状态由大量细小分布的Ω相及极少量的θ＇相组成，随着暴露温度的提高，Ω相长大并粗化，至250℃热暴露后Ω相大幅度减少，无析出带（PFZ）宽化。研究表明，短时高温拉伸条件下，Ω相在250℃下仍能保持稳定，而长时间（100h）热暴露时，Ω相只能在200℃下维持稳定。

均匀化退火工艺对Al-Zn-Mg-Cu-Zr高强合金第二相的影响

研究了不同工艺均匀化退火过程中Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中组织、低熔点结晶相和弥散相的演变规律。结果表明:铸态Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金中主要结晶相为AlMgZnCu四元相,均匀化退火后该相部分消除。均匀化退火过程中,随着温度的提高及时间的延长,合金中的非平衡结晶相逐渐溶解,未溶结晶相的体积分数降低。弥散相Al3Zr的尺寸及分布取决于均匀化退火过程中的升温速度,在缓慢升温条件下,弥散相Al3Zr的尺寸细小,分布比较弥散,密度高,合金的电导率最低;随着升温速度提高,Al3Zr相的析出数量减少,尺寸增加,析出相的密度降低,合金的电导率升高。二段均匀化退火后,弥散相Al3Zr的尺寸更加细小,密度更高,平均直径为15 nm,密度为1.27×10^(15)/cm^(3)。

时效时间对Al-Mg-Si-Cu铝合金表面阳极氧化膜微观结构及光泽度的影响

采用硫酸阳极氧化对经过180℃下4 h、10 h、30 h时效处理的Al-Mg-Si-Cu合金表面进行阳极氧化处理,探究不同时效时间对Al-Mg-Si-Cu合金阳极氧化膜层微观结构及其光泽度的影响。研究结果表明:与基体材料相比,不同时效时间合金阳极氧化后的光泽度均出现明显降低,且光泽度随时效时间增加先变大后减小;随时效时间增加,合金晶界析出相分别呈现连续—离散—连续的分布状态,其在阳极氧化过程中优先氧化溶解,使阳极氧化膜呈现沿晶界分布的孔洞特征,连续分布的晶界析出相引起的孔洞更明显,同时造成孔洞及其周围区域粗糙度增加,这是不同时效时间合金阳极氧化后光泽度出现差异的主要原因;基体中粗大的AlFeMnSi相会出现阳极氧化膜层中微米级孔洞,从而降低阳极氧化样品的光泽度,但时效时间对其没有明显影响。

Al-4.8Cu-0.5Mg-0.3Ag-0.15Zr合金的热变形研究

采用Gleeble-1500热模拟机进行恒温和恒速压缩变形实验，变形温度范围为400—460℃，应变速率为0．001～0．1s^-1。研究了Al-Cu—Mg-Ag—Zr合金在高温塑性变形过程中流变应力的变化规律，确定了合金的变形激活能Q和应力指数n。结果表明：流变速率和变形温度对合金流变应力的大小有显著影响，流变应力随变形温度的升高而降低，随应变速率的提高而增大。可用包含Arrhenius项的Zener-Hollomon参数描述该合金高温塑性变形时的流变行为。

Al-Cu-Mg-Ag轮毂锻件的热稳定性

以峰时效态的Al-Cu-Mg-Ag轮毂锻件为研究对象,研究锻件不同热暴露温度和热暴露时间的室温拉伸性能和高温拉伸性能,并对锻件在不同温度下的热稳定性进行对比和分析,结果表明:Al-Cu-Mg-Ag锻件具有良好的热稳定性,在150℃暴露1~100 h后,室温拉伸性能和高温拉伸性能无显著变化;在150~200℃短时间热暴露1 h不会降低综合性能,但随着热暴露温度的升高和热暴露时间的延长,Al-Cu-Mg-Ag锻件强度产生不同程度的下降;在200℃和250℃暴露100 h后,室温屈服强度分别剩余61.1%和37.2%,室温抗拉强度分别剩余77.8%和60.8%,高温屈服强度分别剩余61.6%和42.8%,高温抗拉强度分别剩余67.5%和47.6%;Al-Cu-Mg-Ag锻件的主要析出相为Ω相和θ′相,在Kt=1和R=0.1的实验条件下,200℃/10 h热暴露后的室温疲劳极限为278 MPa,相比热暴露前的疲劳极限311 MPa降低了10.6%。

高强Al-Mg-Si-Cu铝合金的时效工艺研究

目的研究时效工艺参数对高强Al-Mg-Si-Cu铝合金微观组织和力学性能的影响规律,以得到Al-Mg-Si-Cu铝合金时效后最优的性能和微观组织。方法在不同时效处理工艺参数条件下,通过对Al-Mg-Si-Cu铝合金时效处理后的硬度、电导率、室温力学性能进行测试与对比分析,并结合微观组织观察实验,分析了不同时效温度及时效时间对Al-Mg-Si-Cu铝合金时效强化相及力学性能的影响规律。结果在不同时效温度条件下,经不同时效时间的时效处理后,Al-Mg-Si-Cu铝合金的电导率随时效温度的升高和时间的延长而增大,当时效温度为170、180、190℃时,硬度和力学性能在时效时间为16、12、8h时达到峰值。同时,当时效时间为8、12、16 h时,Al-Mg-Si-Cu铝合金的时效强化相分别是β''相、β'相和Q'相;在峰值时效和过时效工况下,Al-Mg-Si-Cu铝合金的析出相均存在Q'相,该相对合金的强度具有明显的贡献。在过时效阶段,Al-Mg-Si-Cu铝合金强化相明显初化,力学性能和硬度均有明显降低。结论经淬火处理+180℃/12 h时效处理后,高强Al-Mg-Si-Cu铝合金的力学性能最优,抗拉强度和屈服强度分别为404 MPa和388MPa,硬度为136HV。

超声振动对Al-Zn-Mg-Cu合金时效组织和性能的影响

基于自制的超声振动装置对Al-Zn-Mg-Cu合金进行超声振动时效,采用室温拉伸试验、显微硬度测试、电导率测试、金相显微镜和扫描电子显微分析(SEM)等手段,采用单因素实验设计研究超声振动时效时间和时效制度对Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能的影响。结果表明:施加超声振动促进析出相的生长,随着超声振动时效时间的延长,合金电导率逐渐升高,硬度和抗拉强度逐渐降低,伸长率略微增加。金相分析表明超声振动的激振应力切割粗大的第二相粒子,使得黑色颗粒变小,最后溶解或消失。施加超声振动对晶粒大小、形状和数量无明显影响。同时激振应力使得位错塞积开通,降低位错密度,降低残余应力。通过SEM显微镜对拉伸断口观察发现随着施加超声振动时间的延长,韧性断裂的特征更明显,韧窝数量显著增多,韧窝尺寸变大,深度变深。