4种铸造Al-7Si-xCu-0.5Mg合金的多元共晶相及其固溶特性

通过示差量热(DSC)和背散射SEM-EDX分析,考查了4种铸造Al-7Si-xCu-0.5Mg(x=1.5,2.5,3.5,4.5)合金中多元低熔点共晶相与Cu含量的关系及其随固溶温度、时间变化的溶解特性。结果表明,在非平衡结晶条件下,4种铸造Al-7Si-xCu-0.5Mg合金在510℃及525℃处都会发生多元共晶反应,富Cu相主要为Al2Cu相;Cu含量分别为1.5%、2.5%合金的多元共晶反应和Cu含量为3.5%的合金在510℃的四元共晶反应均属不稳定共晶反应,经500～505℃、一定时间初级固溶处理后,这些不稳定共晶富Cu相均可溶入基体,使合金熔化温度分别升至542、525、521℃。研究表明,采用提高二次固溶温度的分级固溶处理能够提高Cu含量为1.5%～3.5%合金的固溶处理效果。

Cu含量以及Cu/Mg比对Al-Si-Cu-Mg合金组织和力学性能的影响

研究了Cu含量和Cu/Mg比对Al-Si-Cu-Mg合金组织和力学性能的影响。结果表明Al-Si-Cu-Mg合金凝固组织是否形成Mg_(2)Si、Q-Al_(5)Cu_(2)Mg_(8)Si_(6)以及θ-Al_(2)Cu取决于Cu含量以及Cu/Mg比。当Cu/Mg比相对低时形成Mg_(2)Si中间相,而Cu/Mg比高时则倾向于生成Q-Al_(5)Cu_(2)Mg_(8)Si_(6)和θ-Al_(2)Cu相。当Cu/Mg比相同时,高Cu含量和高Mg含量都会促进Q相θ相的形成。通过观察T6热处理后的组织发现Cu含量以及Cu/Mg比控制了初生相的溶解以及析出相的形成,从而影响合金的强度与韧性。通过控制Cu含量及Cu/Mg比使Al-9Si-2Cu-0.5Mg合金中析出较少数量的初生相,再通过热处理析出大量的Q′强化相,使合金具有较高的强度和相对适中的伸长率。

Mn微合金化Al-Si-Cu-Mg合金显微组织及耐蚀性能研究

Al-Si-Cu-Mg系列合金具有优异的强韧性,但其中的含Cu强化相极大地影响了该系合金的耐蚀性能。因此,本文通过对不同Mn含量的Al-7Si-2Cu-0.6Mg合金进行显微组织观察和电化学分析,探究Mn元素的添加对T6热处理状态下合金微观结构和耐蚀性的影响。结果表明,Mn添加量的提高对合金显微硬度几乎没有影响,但在合金基体中可以观察到弥散相。随着Mn含量升高,合金的耐蚀性呈现先升高后降低的趋势。添加0.360%Mn(质量分数)合金具有最佳耐蚀性,腐蚀电流密度比基础合金减少了54%。腐蚀形貌观察结果表明,Mn的添加可以显著减弱合金的点蚀趋势。

热处理工艺对Al-Si-Mg-Cu合金微观组织和力学性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和万能拉伸试验机等研究了固溶温度、固溶时间、时效温度以及时效时间等工艺参数对Al-Si-Mg-Cu合金微观组织与力学性能的影响。结果表明,固溶温度由500℃升高至545℃时,合金的共晶硅尺寸逐渐减小,545℃时共晶硅平均尺寸达到最小,超过550℃合金会发生部分过烧现象;固溶温度为545℃时,固溶时间由2 h增加至16 h,共晶硅尺寸随着固溶时间增加先减小后增大,固溶时间为12 h时,共晶硅的平均尺寸最小;时效处理后合金的硬度显著提升,时效温度由155℃升高至185℃时,峰值时效时间从8 h减少至4 h,在175℃时效时合金的峰值硬度最高;155℃时效时合金的组织中仅观察到β″相,在高于155℃峰值时效时组织中均观察到β″相与θ′相,实现了双析出相强化,175℃峰值时效时合金的抗拉强度可达365 MPa,但断后伸长率下降至2.1%。综合考虑合金的强度和韧性,合适的热处理工艺为545℃×12 h+165℃×8 h。

Cu含量对Al-1Mg-0.6Si-xCu合金板材韧性及弯曲性能的影响

采用室温拉伸、Kahn撕裂以及弯曲实验,结合数字图像分析法和扫描透射电镜等手段,探究了Cu含量对Al-1Mg-0.6Si-xCu合金板材韧性及弯曲性能的影响。结果表明:随着Cu含量的增加,合金的伸长率、均匀伸长率、均匀断裂能和单位面积裂纹形核功逐渐增加,合金的弯曲性能变好,均匀阶段韧性提升,而合金的失稳伸长率、失稳断裂能及单位面积裂纹扩展功下降,合金失稳阶段韧性变差。随着Cu含量的增加,Al-1Mg-0.6Si-xCu合金中强化相β″的密度增加,且在0.5-Cu合金中出现Q′相和L相,晶内析出相密度增加,使得合金在形变过程中消耗的能量增加;晶界析出相间距增加,从而提高合金的韧性及弯曲性能。

固溶处理对铸造Al-Si-Cu-Mg合金组织与性能的影响

对固溶处理过程中铸造Al-Si-Cu-Mg合金析出相溶解过程进行了研究。结果表明:在固溶处理初期,组织中θ相的数量逐渐减少,但在(FeMn)3SiAl12相中还有一定的Cu含量;而固溶后期,富铁相中的Cu含量也明显降低,且难溶的Al3Ti针状相也发生钝化,但部分Q相尚存在;随着固溶时间的延长,合金基体中Cu和Mg的含量逐渐增多,且富Mn和富Ti相也在合金基体中略有溶解;合金的固溶强化作用主要来源于富Cu相的溶解。在Al-Si-Cu-Mg固溶处理过程中,合金力学性能的提高主要来源于共晶硅相形貌的改善、析出相溶解引起的固溶强化及组织的均匀化。

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。

FeCoNiCrCu高熵合金涂层对复合铸造Al/Mg双金属组织和性能的影响

目的研究不同厚度的FeCoNiCrCu高熵合金涂层对Al/Mg双金属组织和力学性能的影响。方法通过超音速火焰喷涂工艺在A356嵌体表面喷涂不同厚度的FeCoNiCrCu高熵合金涂层,采用消失模复合铸造工艺制备Al/Mg双金属,利用扫描电镜、EDS能谱及XRD衍射仪、维氏硬度测试仪和万能试验机对Al/Mg双金属界面微观组织和力学性能进行测试和分析。结果未喷涂高熵合金涂层的Al/Mg双金属界面由共晶层和金属间化合物层组成,断裂位置主要位于金属间化合物层,裂纹从Al_(3)Mg_(2)扩展至共晶层结束,具有典型的脆性断裂特征,剪切强度仅为30.37MPa。当高熵合金涂层厚度为5μm时,Al/Mg双金属形成了Al_(3)Mg_(2)+Mg_(2)Si/AlxFeCoNiCrCu+FeCoNiCrCu+Al-Mg-Co-Ni混合相/δ-Mg+Al_(12)Mg_(17)共晶组织的复杂界面,断裂发生在高熵合金层与δ-Mg+Al_(12)Mg_(17)共晶组织的交界处,断裂面产生了一定程度的塑性变形,剪切强度为48.46MPa,相对于无涂层的Al/Mg双金属提高了59.56%。当高熵合金涂层厚度为20μm时,铝侧生成了AlxFeCoNiCrCu高熵合金,镁侧则只生成了少量Mg-Ni-Cu混合相,断裂发生在高熵合金涂层与镁基体交界处,剪切强度为39.69 MPa。结论高熵合金涂层可以有效阻碍Al、Mg元素之间的扩散,从而显著抑制或完全阻止Al-Mg脆性金属间化合物的产生,大幅度降低界面层厚度。金属间化合物的减少和混合相对裂纹扩展的阻碍作用显著提高了Al/Mg双金属界面的剪切强度。

挤压铸造对过共晶Al-Si-Cu-Mg合金组织与性能的影响

研究了比压对挤压铸造Al-17.5Si-4Cu-0.5Mg-0.1Mn合金的显微组织和力学性能的影响规律。结果表明,在压力下凝固时,合金的显微组织发生明显改善,力学性能大幅提高。且在一定压力范围内,随着挤压力的增加,α(Al)枝晶明显细化,枝晶间距减小,共晶Si相、Al2Cu相等强化相尺寸减小,力学性能提高;但当挤压铸造比压达到850 MPa时,合金的硬度和强度反而略有下降。与此同时,合金的伸长率却随着挤压铸造比压的增大持续升高。因此,比压为670 MPa时,挤压铸造Al-17.5Si-4Cu-0.5Mg-0.1Mn合金获得较好的组织与性能。

合金元素对铸造Al-Si-Cu-Mg合金机械性能的影响

应用一元回归正交试验的方法研究分析了Si、Cu、Mg对Al-Si-Cu-Mg铸造合金机械性能的影响,在试验区域内建立了这三种元素含量与机械性能的关系式。考察了不同细化条件对合金性能的作用效果。同时还试验研究了两种微量元素Gd、La对合金机械性能的影响,分析了其作用机理。

变质处理及挤压铸造对过共晶Al-Si-Cu-Mg合金组织与性能的影响

研究了Sr、Sr-P变质处理对过共晶Al-Si-Cu-Mg合金组织和性能的影响。测试合金的力学性能并观察显微组织,分析变质处理对合金组织和力学性能的影响。结果发现:对重力铸造合金进行变质处理时,Sr的加入使合金组织中的粗大片状共晶Si变为细小的纤维状,随着P的加入,粗大多角的块状初生Si变为细小的粒状,合金硬度、抗拉强度及伸长率明显提高;对挤压铸造合金进行变质处理时,Sr的加入使合金组织中的粗大片状共晶Si变为细小的纤维状,而随着P的加入原本挤压铸造时细小块状的初生Si反而长大,合金的抗拉强度及伸长率明显降低,主要是形成的Al-Sr-P影响了变质效果。对于挤压铸造,合金的最佳处理工艺为Sr变质,不加P。

固溶处理对挤压铸造Al17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mn合金显微组织及硬度的影响

研究了固溶处理温度和固溶处理时间对挤压铸造Al17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mn合金显微组织及硬度的影响。结果表明:固溶处理后合金的显微组织得到明显改善,硬度大幅度提高。随着固溶温度的增加,共晶Si相逐渐粒化,合金的布氏硬度值逐渐增加,当固溶温度为525℃时,共晶Si相形貌相对圆整,合金具有最大布氏硬度值;随着固溶时间的延长,合金显微组织中的共晶Si相发生熔断、粒化、粗化现象,合金的布氏硬度呈现先上升后下降的趋势,当固溶时间为6 h时,合金的布氏硬度达到最大值HB 124。试验得到的挤压铸造Al17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mn合金的最佳固溶处理工艺为525℃,保温时间为6 h。

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。

铸造Al-Si-Cu-Mg合金最佳热处理工艺的研究

通过对高强度铸造Al-Si-Cu-Mg合金热处理工艺参数的研究发现:合金的硬度随着固溶温度的提高逐渐增大,且达到硬度峰值的时间逐渐缩短,但高于525℃固溶处理时,反而下降;一定温度以上时效处理时,合金的时效曲线上出现了双硬度峰,且第一个峰大于第二个峰。随着合金时效温度的升高,合金的硬化速度加快,但硬化能力下降。通过热处理工艺参数的正交实验发现,时效温度对合金强度的影响最为显著,而对合金伸长率影响最为显著的是固溶温度。综合考虑各因素中不同水平的优劣,确定Al-Si-Cu-Mg合金的最佳热处理工艺为:525℃×12 h+175℃×6 h。

挤压铸造Al-17.5Si-4Cu-0.5Mg合金热压缩变形行为及其加工图

在变形温度350~500℃、应变速率0.001~5 s^(-1)的条件下采用Gleeble-1500D热压缩模拟试验机对挤压铸造Al-17.5Si-4Cu-0.5Mg合金进行热压缩试验。研究了该合金在热变形条件下的流变应力行为,并建立该合金热变形时的本构方程。结果表明:合金流变应力随应变速率的增加和变形温度的降低而上升;在相同的变形条件下,挤压铸造合金比重力铸造合金流变应力水平更高。建立了挤压铸造合金的热加工图,得出挤压铸造合金更适合在高温低速下变形。

Cd对铸造Al-Si-Cu-Mg合金时效过程的影响

合金元素Cd的添加促进了铸造Al-Si-Cu-Mg合金的时效过程,提高了合金的峰时效硬度,加快了合金的硬化速度.当加入0.27％Cd时,合金的强度提高了20％;但加入量继续增大,强度反而降低. SEM,DSC和TEM分析显示,Cd加快了亚稳相的析出,较早地形成了细小而密集的亚稳相;同时,较大的富Cd相、少量稳定相和过剩硅相质点的均匀析出,对合金起到了第二相强化的作用.在这两类析出相的共同作用下,合金获得了高的峰时效强度.但当合金中Cd的含量超过0.27％时,会形成一些富Cd的多元相和纯Cd质点,这些相的出现导致了合金机械性能的下降.

钕对铸造Al-Si-Cu-Mg合金力学性能的影响

微量合金元素Nd的添加延缓了Al-Si-Cu-Mg合金的时效过程,细化了强化相,提高了合金时效硬度。当加入0.30%Nd,合金的强度提高了18%,但加入量继续增加,强度下降。分析显示,Nd的加入延缓了亚稳相的析出。富Nd相化合物,少量稳定相和过剩硅相质点的均匀析出,对合金起到了第二相强化的作用。在这两类析出相的共同作用下,合金获得了高的峰时效强度,但当合金中的Nd的含量超过一定量时,会形成一些富Nd的多元相和纯Nd质点相,这些相的出现导致了合金力学性能的下降。

Ce-La添加量对汽车用Al-Si-Cu-Mg-Ni合金组织与力学性能的影响

对Al-Si-Cu-Mg-Ni合金中添加了不同量的Ce-La复合稀土,通过显微组织观察、力学性能测试研究了不同Ce-La复合稀土添加量对铸态Al-Si-Cu-Mg-Ni合金组织与力学性能的影响。结果表明:未添加稀土的Al-Si-Cu-Mg-Ni合金中有大量块状的初生Si相和针状共晶Si相存在。随着Ce-La复合稀土添加量的增加,合金中的初生Si相直径和共晶Si相尺寸先减小后增加。Ce-La稀土添加量为0.4wt%时,合金中的初生Si相直径和共晶Si相尺寸最小。随着Ce-La复合稀土添加量的增加,Al-Si-Cu-Mg-Ni合金的抗拉强度和伸长率先升高后降低,Ce-La复合稀土添加量为0.4wt%时,合金的抗拉强度和伸长率均达到最大值,分别为296.5 MPa和2.9%。

铸造AlSi7Cu2Mg合金成分优化研究

研究了在低压铸造的条件下,Cu,Mg,Cd,Zr合金元素对铸造AlSi7Cu2Mg力学性能的影响。利用正交实验分析的方法,确定了主要影响因素。实验结果表明:各因子的影响从大到小顺序为:Cu>Cd>Zr>Mg,其中Cu的含量对合金性能影响最大,Cd次之,Zr、Mg的极差值较为接近,对合金力学性能的影响相当;通过分析,得到了最优组合。

Al-Mg-Si-Cu合金近液相线半连续铸造组织研究

采用近液相线半连续铸造方法制备了Al-1.2Mg-0.8Si-0.4Cu合金半固态锭坯,研究了浇注温度和铸造速度对锭坯微观组织的影响.合金熔体在750℃下浇注,组织不均匀,边部是细小的晶粒,1/2半径和中心部位是粗大的枝晶,最小晶粒直径25μm,最大晶粒直径达220μm;660℃保温后浇注,可以获得适合半固态加工的均匀、细小的近球形组织,锭坯中心和边部组织差异小,平均晶粒尺寸为36.5μm;铸造速度达150 mm/min时有利于均匀、细小的近球形组织形成.结果表明,对于Al-1.2Mg-0.8Si-0.4Cu铝合金采用近液相线半连续铸造可以获得理想的半固态浆料.