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。

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。

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。

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。

末道次冷轧变形量对Al-Mg-Si-Cu合金织构和力学性能的影响

通过X射线衍射、电子背散射衍射技术和拉伸测试等研究了末道次冷轧变形量对汽车车身板用Al-Mg-Si-Cu合金板材织构、晶粒形貌和力学性能的影响。结果表明:在成分和冷轧后固溶处理工艺相同的情况下,织构是决定Al-Mg-Si-Cu合金板材力学性能的主要因素。晶粒尺寸最大的33%试样反而获得了最高的抗拉强度和较低的屈强比。这是因为减小末道次冷轧变形量可以降低固溶及预时效处理状态下板材Cube和Cube+ND_(20)织构的含量,从而减少立方型织构对板材强度的损害。而末道次大变形量冷轧会促进再结晶时Copper、S和Brass织构向Cube和Cube+ND_(20)织构的转变,并抑制S织构转变成R织构,在实际生产中应当避免。

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。

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%。

高性能Al-Si-Cu-Mg铸造合金成分和热处理工艺设计

为开发新型高性能铸造合金,采用材料热力学计算合金设计方法建立了Cu、Mg元素含量与θ-Al2Cu、Q相含量和形成温度的变化关系图、Al-9Si-2Cu-xMg合金平衡相图及析出强化相含量随温度和时间的变化曲线,结合DSC热分析实验设计了合金成分和热处理工艺。结果表明:利用材料热力学计算合金设计方法指导设计Al-Si-Cu-Mg合金成分和热处理工艺具有准确性和高效性,提高了新合金研发效率并降低了研发成本;设计的合金成分满足关系式:9.5≤Cu+20.4Mg≤10.7,且1.5%≤Cu≤2.5%,0.35%≤Mg≤0.45%,合金热处理工艺为500℃×3 h+530℃×9 h淬火+155℃×12 h;热处理后Al-9Si-2Cu-0.4Mg合金室温力学性能平均值为Rm=401 MPa、Rp0.2=302 MPa,A=5.3%,力学性能参数达到高性能铸造铝合金的性能水平。

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。

纳米晶Al-Mg-Si-Cu铝合金的微观结构、力学性能和时效相演变

通过变形前在合金内部引入高密度纳米时效相并随之进行高压扭转变形(HPT),可制备具有纳米晶结构的高强高韧Al-Mg-Si-Cu铝合金。采用X线衍射仪、透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和原子探针层析技术分析了峰时效(T6态)与不同圈数(T)高压扭转变形相结合工艺制备的纳米晶6061铝合金的微观结构,并通过硬度与拉伸实验对不同状态合金进行了力学性能测试。结果表明:T6态合金经HPT 5T变形后,硬度由107HV提高至176HV,抗拉强度和屈服强度分别由297 MPa和234 MPa(T6)提升至620 MPa和555 MPa(HPT 5T),并具有12%的均匀伸长率;此时,合金中各微观结构参数(晶粒粒径、微观应变与位错密度)接近峰值;继续变形时,各参数无明显变化;合金中时效相随HPT变形发生“时效相→破碎→球化→细化→回溶→过饱和固溶体→再析出时效相”的动态演变过程。

基于CALPHAD计算的铸造Al-Si-Cu-Mg合金热处理工艺优化研究

热处理工艺参数的优化在铸造Al-Si-Cu-Mg合金组织性能调控方面扮演着重要角色。本工作以铸造Al-Si-Cu-Mg合金为研究对象,利用热力学计算和实验相结合的方法对合金的热处理工艺参数进行优化设计。热力学计算和差示扫描量热法(DSC)结果表明,Al-Si-Cu-Mg合金低熔点共晶相Al_(2)Cu相的形成温度是501℃,并且通过热力学软件动力学模块计算可知Si、Mg和Cu元素在495℃固溶温度下5 h内能够达到均匀化扩散。随着固溶温度的升高和时间的延长,共晶硅发生熔断、球化和粗化长大现象。另外,显微硬度受固溶程度以及共晶硅形貌的影响,在固溶过程中随着固溶温度的升高和时间的延长先升高后降低。当固溶温度为495℃、固溶时间为12 h时,显微硬度达到最大值(70.8±1.0)HV,球状共晶硅的Feret直径为2.8μm。在170℃下对合金进行时效处理时,合金的显微硬度逐渐升高,当时效时间为5 h时达到峰时效,其显微硬度达到(119.0±5.7)HV。

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。

单级时效对Al-Mg-Si-Cu合金拉伸及晶间腐蚀性能的影响

为了寻求强度与耐蚀性良好配合,采用拉伸测试和加速腐蚀实验,研究了180~210℃/1~10 h单级时效对Al-Mg-Si-Cu合金拉伸性能和晶间腐蚀敏感性的影响。结果表明,随着时效时间延长,合金强度先升高后降低,伸长率则逐渐下降,晶间腐蚀深度先增大后减小,腐蚀类型由晶间腐蚀转变为均匀腐蚀;提高时效温度,合金硬化及软化速度均加快。经200℃/6 h单级时效,合金不仅无晶间腐蚀敏感性,还有较高的拉伸性能,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为374、359 MPa和9.9%。透射电镜观察表明,200℃/6 h单级时效合金基体析出相为均匀分布的Q’和β’相,晶界析出相呈球状、断续分布,这种析出特征赋予了合金高的强度和晶间腐蚀抗力。

低压铸造冷却速度对汽车用AlSi7Cu合金组织的影响

采用不同的涂料厚度和砂型对汽车用低压铸造Al Si7Cu铝合金试件进行了实际生产,并对其微观组织的枝晶臂长度进行测量,用来评估凝固速度以及冷却速度对合金组织的影响。结果表明:在铝合金低压铸造过程中,随着模具保温涂料厚度的增加,铸型温度能够达到的最大值越低,铸件的温度则越大。通过对低压金属型铸造和砂型铸造的微观组织观察和二次枝晶臂间距测量发现,随着金属型涂料厚度的增加,铸件边部和心部的二次枝晶臂间距均逐渐增大。涂料厚度越大,铸件冷却速度越低;砂型铸造的试样由边部到心部,二次枝晶臂间距由小变大,有机砂型试样的二次枝晶臂间距大于无机砂型试样的,无机砂的传热更快,拥有更大的冷却速率。

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。

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。