挤压比对流变挤压成形Al-0.1Fe合金组织性能的影响

目的研究挤压比对流变挤压态Al-0.1Fe合金微观组织演化和力学性能的影响规律,为通过流变挤压成形制备高性能Al材过程中挤压比的选用提供依据与参考。方法采用重力铸造和流变挤压方法制备了Al-0.1Fe合金,对比了铸态和流变挤压态Al-0.1Fe合金的微观组织和力学性能,通过Arrhenius方程建立了晶界迁移速率与温度之间的关系,研究了流变挤压过程中不同挤压比对Al-0.1Fe合金组织性能的影响。结果流变挤压变形可消除铸造过程中形成的粗大枝晶,破碎微米尺寸Al_(3)Fe相,使之转变为细小的等轴晶和纳米尺寸Al_(3)Fe相;当挤压比从4增大至6.25时,流变挤压态Al-0.1Fe合金的晶粒逐渐细化,位错密度提高,纳米尺寸Al_(3)Fe相逐渐球化,合金强度和硬度提高,导电率降低;当挤压比为9时,大量摩擦热和变形热增大了晶界迁移速率,导致流变挤压态Al-0.1Fe合金的晶粒和纳米尺寸Al_(3)Fe相发生粗化,位错密度降低,伸长率和导电率提高。结论在流变挤压成形过程中适当提高挤压比可以细化合金的微观组织,提高合金的力学性能;当挤压比过高时,合金微观组织发生粗化,导致合金的力学性能降低。

Fe、Ni元素微合金化对Al-11Si铝合金微观组织及力学性能的影响

本研究利用扫描电子显微镜(SEM)、能量散射X射线光谱(EDS)和拉伸试验机,研究了Ni(1.2及1.6wt.%)和Fe(0.6及0.8wt.%)含量对Al-11Si铝合金的微观组织及不同温度下的力学性能的影响。实验结果表明,适量的Ni元素对于Al-11Si合金中富含Fe相的类型、形态和分布具有积极作用。在Al-11Si铝合金中添加1.2wt.%Ni和0.6wt.%Fe可以生成一种类似“汉字状”的富Fe强化相。当进一步增加到1.6wt.%Ni和0.8wt.%Fe后,富Fe相变为了长针状,对Al基体产生严重的割裂作用,降低了合金力学性能。由于含有1.2wt.%Ni和0.6wt.%Fe的Al-11Si铝合金中生成了“汉字状”富Fe强化相,合金的高温拉伸性能得到了显著改善。在350℃的测试温度下,Al-11Si铝合金的抗拉强度(UTS)达到了139 MPa。

退火工艺对Ti-4.5Al-2.2V-0.1Fe合金组织结构及力学性能的影响

利用X射线衍射、扫描电镜和电子万能试验机等研究了不同退火工艺对挤压制备的Ti-4.5Al-2.2V-0.1Fe合金组织结构和力学性能的影响。结果表明:退火后,合金的X射线衍射峰略向左偏移,说明其晶格发生膨胀。制备态合金的组织以网篮组织为主,退火后获得了少量魏氏组织、双态组织和等轴组织。960℃+570℃退火后合金显微硬度达542.5 HV1;760℃退火后合金的拉伸强度与塑性匹配较优,并且其压缩塑性较好,韧窝多且深,其压缩应变值为27.4%,960℃+570℃退火后合金的压缩强度较高,达1738 MPa。总之,经760℃退火后,Ti-4.5Al-2.2V-0.1Fe合金的强度与塑性匹配较优,综合性能良好。

Ce含量和T6热处理对Al-0.3Fe-0.1Si合金组织与性能的影响

研究了稀土元素Ce和T6热处理工艺对Al-0.3Fe-0.1Si合金组织和性能的影响。结果表明,添加适量的稀土Ce和T6热处理均可抑制晶粒长大,并有效细化Al-0.3Fe-0.1Si合金的晶粒尺寸。当稀土Ce的加入量为0.2%时,铸态合金的抗拉强度为81.7 MPa,比加入量为0.1%时提高了10.7%。稀土Ce的加入量为0.3%时,T6态合金的电导率为58.13%IACS,比铸态合金提高了2.3%。热处理前后的Al-0.3Fe-0.1Si-0.1Ce合金与Al-0.3Fe-0.1Si-0.3Ce合金的电导率接近。当稀土Ce的加入量为0.1%~0.2%时Al-0.3Fe-0.1Si合金获得较好的综合性能。本研究的结果可为导电Al-0.3Fe-0.1Si合金制备提供理论和试验参考。

孔隙和α-Al(Fe/Mn)Si相对高压压铸Al-7Si-0.2Mg合金塑性的影响

采用高压压铸工艺制备两批次不同尺寸的Al-7Si-0.2Mg(质量分数,%)合金,获得显微组织和孔隙非均匀分布的薄壁铸件,并对比研究孔隙和显微组织对铸态合金塑性的影响。结果表明:不同铸件和不同位置样品的伸长率有较大波动(9.7%~17.9%)。当合金存在大面积孔隙时,有效承载面积减小导致由孔隙产生的应力集中使合金伸长率显著降低。当合金只存在小面积孔隙时,塑性变形过程中合金中的α-Al(Fe/Mn)Si相先于共晶硅相发生脆性断裂,α-Al(Fe/Mn)Si相的数量密度对伸长率的波动起主导作用,具有高数量密度α-Al(Fe/Mn)Si相试样的伸长率显著降低。此外,局部较高的冷却速率导致铸件α-Al(Fe/Mn)Si相数量密度的增加。

基于机器学习的Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe低成本钛合金热加工图预测

为了研究Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe低成本钛合金的热变形行为,运用Instron 5869压缩实验机进行热压缩实验。构建了以变形温度、应变速率、应变为输入变量和流变应力为输出变量的6种机器学习模型,预测不同条件下该合金的流变应力值并评估检验模型的预测性能。根据预测表现最好的LSTM神经网络模型的预测数据绘制预测加工图,对照实验加工图评估检验其预测能力。结果表明:预测加工图能够较为准确地反映出Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe合金在应变为0.499时的可加工区域,与实验加工图的吻合程度较高,该方法能较好地预测Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe合金的热变形行为。

Fe元素微量添加对Al-5Ni高导热合金性能及流变行为的影响

Al-Ni近/共晶合金兼具高强韧和高导热性能,Ni在Al中的共晶成分点较其他常见过渡族元素更高,其铸件在热管理材料领域具有可观的应用潜力。研究了微量添加Fe元素对Al-5wt%Ni合金的微观组织、导热系数、力学性能和流变行为的影响。结果表明,Al-5wt%Ni中添加0.1wt%Fe元素可实现α-Al晶粒的显著细化,(α-Al+Al3Ni)共晶组织球化且第二相分布更为均匀。当Fe元素添加量在0.1wt%时,Al-5wt%Ni合金导热系数和力学性能同步提升,导热系数由211.4 W/(m·K)提升到218.8 W/(m·K),抗拉强度由132.5 MPa提升到170.9 MPa。通过高温熔体库埃特粘度仪表征合金熔体流变行为,发现添加0.5wt%Fe元素在Al-5wt%Ni合金中会导致该液态熔体粘度上升,但645℃时其剪切稀薄特性更强。

Al-0.7Fe-0.4Mg-0.1Si-0.2Er合金固溶时效组织与性能

为了提高一种低合金化导线材料Al-0.7Fe-0.4Mg-0.1Si-0.2Er合金的强度和电导率,采用单级时效和双级时效对铸态合金进行改性处理.结果表明:铸态合金的抗拉强度为53 MPa,电阻率为3.12×10-8Ωm;采用固溶+单级时效处理后,合金抗拉强度升高至79.6 MPa,电阻率为3.07×10^(-8)Ωm;采用固溶+双级时效处理后,合金抗拉强度为74.3 MPa,电阻率为3.02×10^(-8)Ωm;经过固溶+时效处理后,合金原始枝晶组织逐渐向等轴晶转化,长棒状Al-Fe-Si相熔断变短;析出相的增加使合金力学性能得到提升,等轴相和Al 3Er相的析出使合金的导电率略有提升.

固溶制度对Al-5.6Cu-1.7Mg-0.2Zr-0.1Sr-0.6Ti合金挤压材组织性能的影响

通过金相组织分析、扫描电子显微镜分析、X射线衍射、硬度、电导率、室温拉伸性能、断后伸长率和抗晶间腐蚀等微观组织观察及性能表征,研究了四种不同固溶制度对Al-5.6Cu-1.7Mg-0.2Zr-0.1Sr-0.6Ti合金微观组织和性能的影响。结果表明:随着固溶温度的升高,合金中的晶粒逐渐变大;当固溶温度低于520℃时,合金中的未溶相的数量和尺寸随着固溶温度的升高而减小;当固溶制度为510℃×2 h+520℃×2 h时,合金中的未溶相开始增多,合金出现轻微过烧,断后伸长率及抗晶间腐蚀性能变差,但抗拉强度最高,达到了490.14 MPa。合金的位错强度和位错贡献值随着固溶温度的升高而减小,合金中的强化效果主要来源于固溶强化和时效析出强化。合金在T6状态下,(490℃×2 h+500℃×2 h)和(500℃×2 h+510℃×2 h)两种不同固溶制度下的抗拉强度和断后伸长率等力学性能和抗晶间腐蚀性能都较优,这两种固溶制度均是适合Al-5.6Cu-1.7Mg-0.2Zr-0.1Sr-0.6Ti合金的固溶制度。

高强韧Ti-6Al-2Zr-2Sn-3Mo-2Nb-1Cr-0.1Si-xFe钛合金的组织和压缩性能

利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、维氏硬度计、电子万能试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)等分析测试方法,研究了Ti-6Al-2Zr-2Sn-3Mo-2Nb-1Cr-0.1Si-xFe(x=0,0.4,0.8,质量分数,%)铸态合金双重退火后的组织和力学性能。结果表明:3种铸态合金的组织均为近魏氏组织;热处理后,随着Fe含量增加,合金组织中的α相长径比减小,等轴化更为明显,且次生α相细化以及β相含量增加,维氏硬度升高。在0.001 s^(-1)应变速率下静态压缩,合金具有应变强化效应,Fe含量越高应变强化效果越显著,TC21-0.4Fe合金断裂前最大应力和断裂应变比TC21-0Fe合金分别提高约16.86%和30.72%。在2500 s^(-1)高应变速率下动态压缩,TC21-0.8Fe合金的流变应力最高,约为1377 MPa,比TC21-0Fe合金提高了6.99%,TC21-0.4Fe合金具有最好的断裂应变,约为0.139,比TC21-0Fe合金提高了21.92%。

铸态Ti-6Al-4V-0.1B合金的热变形行为及加工图

在Gleeble-1500热模拟试验机上进行高温压缩试验,研究了变形温度为1000～1100℃,初始应变速率为0.01～1 s-1的铸态Ti-6Al-4V-0.1B合金的变形行为。基于动态材料模型建立了加工图,并观察了变形组织。结果表明:该合金为热敏感和应力敏感型合金,热变形的最佳变形参数为1050～1100℃,应变速率在0.1～1 s-1之间。铸态大变形区组织为沿着变形方向拉长的原始β晶粒,晶粒组织内部出现针状马氏体,TiB相在变形的过程中出现折断,并沿着加工流线分布。

Ti-3.0Al-3.7Cr-2.0Fe低成本钛合金的热压缩变形行为

为研究钛合金的热压缩变形过程中流变应力、显微组织等随变形条件的变化,对自行研制的Ti-3.0Al-3.7Cr-2.0Fe低成本钛合金在Gleeble 1500D热模拟实验机上进行高温压缩变形实验。对d 8 mm×12 mm的试样进行等温压缩变形实验,研究该合金在变形量为30%、50%和70%（对应真应变为1.2）、变形温度为800~950℃、应变速率为0.01~10 s 1条件下的变形行为、流变应力的变化规律以及变形条件对显微组织的影响。结果表明：该合金流变应力受变形温度和应变速率影响显著,流变峰值应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低。采用Arrhenius双曲正弦模型确定该合金在本实验条件下的变形激活能Q=214.22 kJ/mol和应力指数n=3.81,并根据得到的参数建立相应的热变形本构关系为=6.91×108[sinh（0.011σ）]3.81exp[214 220/（RT）]。通过显微组织观察发现,在950℃、变形速率≥0.1 s 1时,发生再结晶现象,且随着变形速率的增加,再结晶现象越明显。

Co对Al-5%Fe合金铸态组织的影响

研究了Co对Al-5%Fe(质量分数,下同)合金中Al3Fe相形貌的改善作用。合金中加入Co后可以在很大程度上改善Al3Fe相的形貌:未加Co的Al-5%Fe合金中的Al3Fe相大多为粗大的针状和片状;Co的加入量为0.2%时,Al3Fe相的形貌为小花朵状和细小条状;Co的加入量在0.2%～1.0%时,细化效果较好,但尤以0.2%为最好,Co的加入量超过1.0%后,Al3Fe相开始略微粗化。在对Co元素的面扫描时发现其大多固溶在Al3Fe相内。X衍射分析发现,Co的量为0.2%和1.0%时合金中只存在Al和Al3Fe相,并未发现其它相。

Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe合金的高温塑性变形行为

在Gleeble-1500热模拟机上对Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe合金进行高温热压缩实验,研究该合金在变形温度为750~900℃、应变速率为0.001~1 s 1条件下的流变应力行为。利用光学显微镜分析合金在不同变形条件下的组织演化规律。结果表明：合金的流变应力随着应变速率的增大和变形温度的降低而增大;流变应力随着应变的增加而增大,出现峰值后逐渐趋于平稳;变形过程中的流变应力可用Arrhenius双曲正弦本构关系来描述,平均变形激活能为454.2 kJ/mol;各种变形条件均可细化原始晶粒尺寸。随着温度的升高和应变速率的降低,合金的主要软化机制由动态回复逐渐变为动态再结晶;在（α＋β）相区变形（750~850℃）时,α相对β晶粒的动态再结晶的发生起到阻碍作用。

熔体混合对Al-5%Fe合金组织的影响

为细化Al-5%Fe合金中的初生Al3Fe相,研究了高、低温熔体混合工艺对合金组织的影响。实验结果表明,高低温熔体混合处理工艺能在较大程度上改善Al3Fe相的形貌和尺寸:未经熔体混合工艺处理的合金组织主要为粗大的长针状Al3Fe相,组织分布稀疏且不均,熔体混合处理后,粗大的针状相转变为小针状和颗粒状,组织分布的均匀性和致密性大大提高。研究结果还发现,熔体混合工艺存在一个最佳的高温熔体温度,过高的高温熔体温度反而导致组织粗大。经X衍射物相分析发现,熔体处理前后的物相并没有发生变化,仍为-αAl和Al3Fe相。研究认为,熔体混合细化组织的主要原因一是提高了形核率,二是抑制了Al3Fe相沿择优取向的生长。

Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe合金热加工图及其组织演变

采用热模拟试验机对Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe合金进行等温压缩试验,获得变形温度为750~900℃和应变速率为0.001~1 s 1时的真应力真应变曲线,并运用修正后的试验数据建立真应变为0.7的热加工图。通过显微组织观察,分析合金的变形机理,确定热变形失稳区。研究结果表明：Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe合金加工温度范围较宽,当加工温度低于800℃且变形速率大于0.1 s 1时易发生绝热剪切,造成流变失稳;随着变形温度升高,功率耗散因子η有增大趋势,合金的流动软化机制由动态回复逐渐变为动态再结晶,显微组织也随之细化、均匀。

Cr对Al-5%Fe合金中初生Al_3Fe相形貌的影响

采用普通熔铸的方法研究了加Cr对Al-5%Fe合金铸态组织的影响,采用XRD方法分析了合金中的物相.结果表明,Cr可以明显改善合金中的初生Al3Fe相形貌.不加Cr时,合金中的初生Al3Fe相大多为针状、针片状,仅有少量为花朵状;加入0.2%～1.0%Cr,Al3Fe相转变为细小针状和针点状;Cr含量超过1.0%时,组织开始粗化,出现长针状和星状Al3Fe相.SEM扫描表明,Cr主要固溶在Al3Fe相中.XRD并未检测到含Cr化合物.

Cr和Mg对Al-5%Fe合金中初生Al_3Fe相形貌的影响

采用普通熔铸的方法研究合金元素Cr和Mg对Al-5%Fe合金铸态组织的影响,利用能谱仪分析合金中物相成分.结果表明,Cr和Mg可以明显改善合金中的初生Al3Fe相形貌:未加入合金元素时,合金中初生Al3Fe相长呈粗大的针状和针片状,加入Cr和Mg则使粗大的初生富铁相形貌转变为鱼骨状、块状和细小针状.能谱分析结果表明:Cr主要分布在富铁相中,并且鱼骨状相中的Cr含量比块状相中含量高,而Mg则主要分布在基体中.

两种热速处理工艺对Al-5%Fe合金组织的影响

研究了在高温过热Al-5%Fe合金熔体中分别加入Al锭和同种成分的Al-Fe合金两种热速处理工艺对Al3Fe相形貌的影响。试验表明:合金未热速处理时,Al3Fe相大多呈粗大的针片状和针状;采用Al-Fe合金热速处理时,过热温度为1000℃时Al3Fe相为较小的针状,但过热温度过高时,它又有所粗化;采用Al锭热速处理时,Al3Fe相随过热温度的提高而细化,其细化效果优于加Al-Fe合金热速处理。试验中还发现,组织中部分Al3Fe相出现分叉,花朵状的分叉更为明显。对分叉现象和花朵状的形成做了探讨。

原位生成TiC对Al-8Fe合金显微组织的影响

通过XRD ,SEM ,TEM等手段研究了Al 8Fe常规铸态合金原位生成不同TiC粒子含量时相组成及显微组织的变化 ,以及TiC同α(Al)基体及Al3 Fe相之间的界面关系。结果表明 :随着TiC含量的增多 ,Al 8Fe合金中Al3 Fe相及缩松的形貌及尺寸明显发生了变化 ,TiC与α(Al)基体之间界面干净 ,而与Al3 Fe之间则存在一过渡层。