合金元素对铸造Al-4.5Cu合金准固态力学行为的影响(英文)

研究了铸造Al-4.5Cu合金的准固态力学行为及几种合金元素对其凝固行为的影响。结果表明:Si,Ce,La,Ti及Zr元素可有效减小Al-4.5Cu合金的结晶范围,从而使其热裂倾向性降低;La元素的加入可提高Al-4.5Cu合金的热裂抗力;并研制了一种新型Al-4.5Cu合金,该合金具有良好的室温与高温综合性能。

Si,La对Al-4.5Cu合金准固态凝固行为的影响

通过对合金的收缩应变和热裂抗力及准固态拉伸行为进行测试,研究了合金元素(Si,La)对Al-4.5Cu合金凝固行为的影响。结果表明,Si,La能使Al-4.5Cu的热裂倾向性降低;加入2%Si使合金的再辉现象非常严重,导致合金不可能有很高的强度而很快断裂;与其它Al-4.5Cu-Si合金相比,Al4.5Cu3Si合金具有很强的补缩能力,断裂应力值最高;La的加入能缩小二次枝晶间距,明显提高合金的抗热裂性能。

Al-4.5Cu合金半固态坯料制备研究

研究了稀土Ce对铝铜合金微观组织的影响以及Al4.5Cu合金半固态坯料的制备工艺。实验表明:在Al-4.5Cu合金中加入稀土Ce,细化了合金的微观组织,固液两相区间变窄,改善了合金的凝固性能。浇注温度和浇注方式对合金坯料制备也有明显的影响。在700℃采用斜坡振动铜模水冷浇注可制备性能优良的稀土Al-4.5Cu半固态坯料,其组织为细小均匀的等轴球状晶,且制备工艺简单。

热电磁流体动力学对Al-4.5Cu合金定向凝固组织的影响

在定向凝固条件下 ,施加横向磁场。当磁感应强度 <1T时 ,有磁场存在时的显微组织较无磁场时枝晶间距增大 ,且随磁感应强度的增大 ,枝晶间距增大 ,二次枝晶间臂变粗 ,这是热电磁流体动力学影响的结果。

稀土元素和浇注温度对Al-4.5Cu合金初生相形貌的影响

研究了不同稀土(RE)加入量和浇注温度对Al-4.5Cu合金初生相形貌的影响。结果表明:添加微量的RE并降低合金的浇注温度,可获得非枝晶组织的半固态Al-4.5Cu合金坯料;添加了0.5%RE的合金,随浇注温度的降低,其初生相由树枝晶转变成细小的球状晶粒;当浇注温度为660℃,随RE加入量的增加,合金的初生相由等轴枝晶转变成细小的蔷薇状晶体,最后转化为球状晶粒;未添加RE的合金,随浇注温度的下降,其初生相由发达的树枝晶转变成等轴枝晶。

Ti和脉冲磁场对Al-4.5Cu合金凝固组织的影响

对比研究了未处理、Ti处理、脉冲磁场处理、Ti-脉冲磁场复合处理对Al-4.5Cu合金凝固组织的影响,同时对比了复合处理条件下不同的脉冲电压对合金凝固组织的影响。研究表明:Ti处理、脉冲磁场处理和复合处理均可以细化合金凝固组织,且复合处理的细化效果最为显著。复合处理条件下,在0~270 V范围内,随着脉冲电压的增加,合金凝固组织逐渐细化,合金的第二相分布情况基本与晶粒大小对应,即晶粒越小,第二相分布越均匀。

Al-4.5Cu合金柱状晶的穗状晶生长形态及机理

利用自行研制的电磁泵驱动液流定向凝固装置 ,首次成功地发现了Al- 4.5Cu合金柱状晶的穗状晶生长区域并观察到其形态 .研究发现 :穗状晶生长区域位于液流速度v >4.5cm/s,柱状晶的生长速度R为 2 0～ 80 μm/s的局部范围内 .在该区域中 ,近胞状生长区域晶体呈典型穗状迎流生长 ;近枝晶生长区域晶体近垂直生长 。

TiC原位增强Al-4.5Cu合金的强韧化机理

对自蔓延反应制备的TiC／Al—4．5Cu复合材料进行拉伸性能测试，并通过光学显微镜、X射线衍射、透射电镜等手段，对TiC颗粒的增强机理进行分析。结果表明，原位生成的增强相TiC粒子随着温度的升高（800-1000℃）不断增多，复合材料的拉伸性能也随之提高；由于熔融Al阻碍了TiC颗粒的聚集长大，细小的TiC颗粒弥散分布于熔体中，并作为十Al凝固时的异质形核核心，有效地强化了基体。

间断直流磁场对Al-5Mg-3Zn-1Cu合金凝固组织和性能的影响

对Al-5Mg-3Zn-1Cu合金的凝固过程施加不同直流电压(0~300 V)和放电频率(0~20 Hz)以及占空比为30%的间断直流磁场,研究了间断直流磁场对其凝固组织及力学性能的影响。结果表明:间断直流磁场有效细化了合金的凝固组织,初生α-Al相由无磁场时的粗大枝晶变为细小的蔷薇状晶粒,第二相由粗大而连续的网格状结构变为细小而断续分布结构。随着直流电压的增加,合金的晶粒尺寸、第二相体积分数和长度均减小,抗压强度和断裂应变均先升后降;随着放电频率的增加,晶粒尺寸、第二相体积分数和长度均先减小后增大,抗压强度和断裂应变均先升后降。施加间断直流磁场后,合金的拉伸性能提高,断口中的准解理面减少,撕裂棱增多。当直流电压为200 V、放电频率为5 Hz时,合金的抗压强度和断裂应变最大,与无磁场时相比分别提高了31.6%和43%,抗拉强度和断后伸长率则分别提高了79.71%和83.3%。

回归升温速率对Al-6.02Zn-2.24Mg-2.30Cu合金组织和性能的影响

采用室温拉伸、慢应变速率拉伸应力腐蚀和透射电镜等检测手段,研究了回归升温速率对Al-6.02Zn-2.24 Mg-2.30Cu合金组织和性能的影响。结果表明,随着回归升温速率的降低,合金处于高温区时间增加,合金强度不断降低。回归升温速率由5.6℃/min下降到0.25℃/min,抗拉强度由663.1 MPa下降到631.7 MPa,而合金导电率和抗腐蚀性能逐渐增加,应力腐蚀敏感指数由4.7%下降到2.7%。回归升温速率减慢,晶内相长大程度增加,降低了合金强度。但同时晶界析出相尺寸及其分布间距增加,晶界析出相中的Cu含量随之增加,提高了合金的抗腐蚀性能。

应力时效影响Al-10Zn-3Mg-3Cu合金带外纵筋筒形件组织性能研究

目的研究应力时效条件下Al-10Zn-3Mg-3Cu合金带外纵筋筒形件筋部试样的应力松弛行为,探明基体应力松弛机制以及强韧性协同提升机理。方法针对淬火态筋部试样,设计不同的初始应力值进行应力时效实验,然后采用数据分析与微观组织形貌表征方法研究试样组织性能。结果当施加的初始应力为250MPa时,筋部试样的应力松弛程度可达85.8%,同时,试样抗拉强度为736.40 MPa,屈服强度为697.53 MPa,延伸率为10.96%。结论在250MPa应力时效条件下,应力松弛机制主要为晶界Coble蠕变和位错运动,位错运动促进了亚晶的增殖,Coble蠕变使基体晶粒长大,这些行为促使试样应力耗散。同时,应力时效改变了析出相形态,发展了具有孪生界面的复合析出相。经分子动力学计算可知,该特征微结构有利于基体强韧性的协同提升。

轧制温度对Al-4.5Cu-1.5Mg-0.5Zr合金显微组织及性能影响

目的优化加工工艺,改善合金的组织,提高合金的力学性能。方法采用金相(OM)观察、拉伸试验和X射线衍射,分析在大应变轧制下冷轧结合T6态处理后板材的成形性能,引入Williamson-Hall模型和Taylor函数,分析合金内部位错密度的变化规律及其对力学性能的影响。结果随着前期轧制温度从350℃升高到400℃,合金晶粒得到明显细化,再结晶充分,晶粒尺寸细小,晶界处第二相粗大;冷轧后晶粒破碎严重,晶粒的碎化方向与轧制方向垂直;在350℃时,合金内部的位错密度为1.62×10^(15)m^(-2),位错密度对强度的贡献值为219.5MPa,其抗拉强度最大为602MPa、屈服强度为512MPa、伸长率为12.6%。结论Al-4.5Cu-1.5Mg-0.5Zr合金的晶粒组织明显细化,其力学性能得到提升。

强磁场对定向凝固Al-4.5Cu合金微观偏析的影响

研究了强静磁场对定向凝固Al-4.5Cu(质量分数,%)合金微观偏析的影响.结果表明,强磁场显著影响了凝固组织中非平衡第二相的形态和数量.无磁场时,粗大的第二相为网络状,连续分布于晶界上;施加磁场后,晶界上连续分布的第二相被打断,其面积分数随磁场强度的增加而减小.在磁场作用下,溶质原子的再分配行为发生改变,Cu溶质成分曲线降低,有效分配系数ke减小.上述现象主要是由于磁场在熔体中引发热电磁对流以及由热电磁对流驱动的二次流,在糊状区内产生搅拌,改变溶质传输行为.

强磁场对Al-4.5Cu合金定向凝固过程中织构和晶界的影响

研究了顺磁性Al-4.5Cu合金添加Al-5Ti-1B细化剂后,在强磁场下定向凝固时凝固组织中织构的形成规律和晶界特征分布.结果表明:当温度梯度为27 K/cm,未施加磁场时,细化后晶粒取向杂乱;施加磁场后,随着磁场强度的提高,晶粒位向发生变化,晶粒沿a-Al易磁化轴〈310〉发生取向排布.伴随〈310〉织构的生成,晶粒中重位点阵(CSL)晶界比例提高.熔体中具有磁晶各向异性的a-Al晶粒在磁场下受磁转矩作用发生转动,是织构生成的主要原因.还讨论了磁场下流体流动对织构生成和晶界的影响.

直流磁场对Al-4.5Cu合金结晶取向和力学性能的影响

研究了磁感应强度为0~1.4T的直流磁场对Al-4.5Cu合金结晶取向和力学性能的影响。结果表明,直流磁场对合金凝固组织的影响很小。随着磁感应强度的增加,合金第二相的体积分数逐渐下降,Cu在晶粒内部的含量逐渐增加。当磁感应强度小于0.84T时,α-Al基体在(111)面对应的衍射峰强度有所减弱,而在(200)面所对应的衍射峰明显增强;在0.84~1.4T时,与无磁场时相比,其结晶取向变化不大。直流磁场处理后,合金的抗拉强度均得到提高,而伸长率均有所降低;当磁感应强度为0.56T时,其抗拉强度最大,为104.5 MPa,比无磁场时提高了4.5%,伸长率最小为3.4%。

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。

定向凝固Al-4.5%Cu合金枝晶组织与抽拉速率的关系

用自制下拉式定向凝固设备,在一定的温度梯度下,在20-220μm/s的抽拉速率范围制备定向凝固Al-4.5%Cu合金,并对其微观组织、特别是一次枝晶间距随抽拉速率的变化规律进行研究。结果表明:定向凝固微观组织随抽拉速率的增大呈细化趋势,其一次枝晶间距减小;当抽拉速率小于100μm/s时,枝晶间距随抽拉速率而减小的幅度较大;当抽拉速率大于100μm/s时,枝晶间距减小幅度较为平缓。在综合分析抽拉速率、界面生长速率、温度梯度等影响因素的基础上,推导出界面局域平衡条件下预测定向凝固次枝晶间距的理论模型,该模型能够较为准确地反映定向凝固一次枝晶间距随抽拉速率在100-220μm/s范围的变化规律,为定向凝固工艺获得特定组织而预先选配合适的工艺参数提供理论参考。

La对定向凝固Al-4.5%Cu合金热疲劳性能的影响

采用自约束热疲劳试验机,对加入La的定向凝固Al-4.5%Cu合金进行热疲劳性能试验。结果表明,加入适量La对定向凝固Al-4.5%Cu合金的热疲劳性能有不同程度提高,其中,加入0.3%La的热疲劳试样疲劳性能较佳,达到热疲劳裂纹萌生所需的热疲劳循环次数最多;通过热疲劳循环次数与主裂纹长度的动态关系图,发现热疲劳裂纹的扩展有别于一般由机械交变载荷造成的常温疲劳,呈现先快后慢,阶段性扩展。

试样尺寸对Al-4.5%Cu合金定向凝固组织和界面稳定性的影响

在传统Bridgeman方法下,利用Al-4.5%Cu合金内外同心嵌套试样,研究了自然对流对凝固过程及组织的影响。试验结果显示,温度梯度和抽拉速率均相同的定向凝固试样,尺寸较大试样的组织呈规则胞状或树枝状时,对应尺寸较小试样组织胞晶尖端发生分叉或杂乱树枝状,表明尺寸较小的试样液-固界面稳定性较差。较小试样尺寸限制了液相中自然对流致使溶质原子液-固界面处大量富集是凝固组织不规则与液-固界面不稳定的主要原因。

强磁场与交变电流的复合作用对Al-4.5%Cu合金凝固组织的影响

研究强磁场（0—10T）与工频（f=50Hz）交变电流（0-10A）的复合作用对Al-4．5mass％Cu合金凝固组织的影响。发现在施加垂直于磁场方向的交变电流时，会使电极间液态金属在电磁压力P作用下产生波动，导致合金凝固时枝晶组织的生长被打碎，出现等轴晶和颗粒状晶。在10T磁感应强度下，交变电流越大，波动越强，越易生成等轴晶和颗粒状晶；在10A交变电流下，磁感应强度增加到4T以后，等轴晶未随磁场的增加而完全转变成颗粒状晶；当P^→相同时，磁感应强度小的，容易出现等轴晶和颗粒状晶。