Al-6Mg-0.7Zr新型铝合金力学性能及微观组织

采用快速凝固-粉末冶金工艺制备Al-6Mg-0.7Zr新型中高强铝合金。通过室温拉伸、高温拉伸、SEM和TEM等手段对退火态Al-6Mg-0.7Zr合金的力学性能及组织变化进行分析研究。结果表明:快速凝固-粉末冶金法能够突破Zr元素在Al基体中的固溶极限,可制备出质量分数0.7%Zr的新型铝合金。均匀析出的Al_(3)Zr粒子能有效阻碍位错运动,纳米尺度的Al_(3)Zr与基体晶格呈共格关系也有利于合金强度提升。室温下Al-6Mg-0.7Zr合金的抗拉强度达到445 MPa,屈服强度338 MPa,断后伸长率20.10%。此外,Al_(3)Zr粒子在高温下稳定,对晶界迁移及位错运动都有显著阻碍作用,使得合金在200℃以下具有良好的高温性能。150℃下Al-6Mg-0.7Zr合金抗拉强度达到320 MPa,屈服强度266 MPa,断后伸长率33.37%。

非平衡凝固Al-4.73Mg-0.71Sc-0.33Zr合金的组织及时效析出行为

采用真空感应熔炼、铜模喷铸和时效处理相结合的方法,研究了不同冷速条件下Al-4.73Mg-0.71Sc-0.33Zr合金的凝固组织演化规律及其析出相的析出行为。结果表明:铸态合金组织由粗大的α-Al基体和Al3(Sc,Zr)微米颗粒组成;经铜模喷铸后,非平衡凝固(快冷)合金的平均晶粒尺寸由铸态的250μm显著下降至7.5μm,同时Al3(Sc,Zr)颗粒相的生长受到抑制;快冷合金经300℃时效45 min后,析出大量纳米Al3(Sc,Zr)相,合金显微硬度由79.86 HV0.2提高至121.95 HV0.2,相比原始快冷合金提高52.70%。

Al-12.0Si-4.0Cu-0.7Mg-1.5Ni合金固溶处理工艺研究

对铸态Al-12.0Si-4.0Cu-0.7Mg-1.5Ni合金进行了双级固溶+时效处理,采用SEM、XRD、硬度测试等研究了双级固溶中第二级固溶温度和时间对铸态合金组织与硬度的影响。结果表明:铸态Al-12.0Si-4.0Cu-0.7Mg-1.5Ni合金组织主要由α-Al固溶体、块状初生Si相、针状共晶Si相以及网状第二相组成。经过双级固溶处理后,合金中块状初生Si相明显钝化,共晶Si相明显细化,网状第二相也显著碎化。490℃×2 h+525℃×4 h双级固溶处理合金中网状相基本完全碎化,共晶Si相最为细小。随着双级固溶中第二级固溶温度的提高,固溶时间的延长,T6态Al-12.0Si-4.0Cu-0.7Mg-1.5Ni合金的硬度先升高后降低,490℃×2 h+525℃×4 h双级固溶+180℃×6 h时效处理合金的硬度最高,达到88.2 HRB。

Sc、Zr复合添加量对Al-6Mg-0.6Mn合金铸态组织的影响

采用冶金法制备了四种不同Sc、Zr添加量的Al-6Mg-0.6Mn合金铸锭,利用金相显微镜、SEM及EBSD等手段研究了Sc、Zr添加量对合金铸态组织的影响。结果表明:在Al-6Mg-0.6Mn合金中添加w(Sc)=0.15%和w(Zr)=0.10%的Sc、Zr即可消除铸态枝晶网,获得明显细化的铸态组织;熔铸中粗大的Al3(ScZr)粒子不能起到细化晶粒的作用,反而恶化合金组织,进而对力学性能产生不利影响,应该严格加以控制。

Sm含量对挤压态Mg-6Al-2Sr合金组织及性能的影响

本文研究了不同Sm含量对挤压态Mg-6Al-2Sr合金的强化机理,采用金相实验、X射线衍射、扫描电镜和透射电镜对显微组织进行观察,并通过EBSD分析了Sm含量对合金显微组织的影响。本文主要是对不同Sm含量的Mg-6Al-2Sr铸态合金进行挤压实验。结果表明:随着Sm含量的增加,生成的Al_(2)Sm相在挤压的作用下破碎,并且沿挤压方向在晶界处均匀弥散,阻碍晶粒长大;继续不断增加Sm,使得在晶界处Al_(2)Sm相增多聚集,反而对合金力学性能产生不利影响;当Sm含量为1.5 wt%时,合金的平均晶粒尺寸最细小,其抗拉强度、屈服强度和伸长率达到297.9 MPa、257.8 MPa和21.3%,硬度达到HV78.9,较Sm含量为0 wt%的合金,抗拉强度提升了15.6%,屈服强度提升了34.6%,伸长率提升了34.8%。

Zr含量对汽车车身用Al-0.36Mg-1.23Si合金板材组织及性能的影响

借助OM,TEM观察,拉伸和杯突试验研究w(Zr)≤0.29%对T4P态Al-0.36Mg-1.23Si合金板材显微组织、成形性和烤漆硬化性的影响.结果表明,当w(Zr)≤0.15%时,Zr以40~50 nm的(AlSi)3(Zr_(x)Ti_(1-x))弥散相粒子存在于铝基体中,粒子数量随Zr含量增加而增多,Zr质量分数超过0.22%,板材中出现3~23μm的(AlSi)3(Zr_(x)Ti_(1-x))初生相.添加0.15%Zr使板材的再结晶晶粒从无Zr板材的55μm细化至20μm,Zr含量继续增加,晶粒无明显变化.Zr含量增加,T4P态板材的强度略有增大,延伸率先保持不变后逐渐减小,n_(10-20),r_(10)和I_(E)值基本不变.含Zr合金板材经模拟烤漆后的屈服强度增量均超过86 MPa,但Zr含量增加对合金板材的烤漆硬化性无明显影响.

不同焊丝对Al-6Mg-0.7Mn-0.2Er-0.12Zr合金板材焊接性能的影响

分别以ER5E61、ER5B71铝合金焊丝为填充材料,采用脉冲TIG焊接方法对4 mm厚的Al-6Mg-0.7Mn-0.2Er-0.12Zr合金板材进行对接焊接试验,对比两种铝合金焊丝焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明:当焊接电流为140 A时,两种焊丝均可实现单面焊双面成形。采用ER5E61铝合金焊丝焊接,焊接接头的屈服强度为177 MPa,抗拉强度为335 MPa,伸长率为12.15%,焊接系数为87%;采用ER5B71铝合金焊丝焊接,焊接接头的屈服强度为182 MPa,抗拉强度为343 MPa,伸长率为14.11%,焊接系数为90%。由于ER5B71铝合金焊丝中复合添加的Sc、Zr元素进入焊缝组织中,析出的Al_(3)(Sc, Zr)粒子的晶格类型及晶格常数与铝基体的极为相似,错配度极小,当焊丝熔化进入焊缝时,起到了较好的晶粒细化效果,提高了焊接接头的强度。

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。

时效处理对Al-7.8Zn-1.6Mg-1.8Cu-0.12Zr合金超声铸锭轧件组织与抗腐蚀性能的影响

分别采用T6、T73和RRA 3种时效制度对超声铸造Al-7.8Zn-1.6Mg-1.8Cu-0.12Zr铝合金热轧板进行时效处理,研究时效制度对材料的组织、力学性能与耐腐蚀性能的影响,并与未经超声熔体处理的合金热轧板进行对比。结果表明:对于超声铸造Al-7.8Zn-1.6Mg-1.8Cu-0.12Zr铝合金的热轧板,与T6时效态合金相比,T73时效态合金的抗腐蚀性能较好,但强度显著降低,RRA状态的合金强度与T6态合金相当,抗腐蚀性能显著提高;相对于未经超声熔体处理的合金,在超声波的空化、声流和机械振动效应的作用下,铸态合金的合金元素固溶度以及基体空位浓度都增加,在其组织遗传效应的影响下,采用相同时效工艺处理后合金中析出相的分布更加均匀但出现部分粗化现象,均匀分布的细小析出相对合金的强度有积极影响,粗化的析出相对合金的强度不利,但能提高合金的耐腐蚀性能。

Mg-6Al-1Ca镁合金热压缩变形及本构方程

采用AG-100KN电子万能材料实验机对新型Mg-6Al-1Ca镁合金进行了热压缩实验,分析了该合金在温度为573~773 K、应变速率为0.001~1.0 s^(-1)条件下的材料流动行为和应变硬化行为。通过线性拟合分别构建了该镁合金的本构模型和动态再结晶模型,得到了Mg-6Al-1Ca镁合金应力与应变及应变速率的关系。并根据本构方程与实验值的对比,验证了该本构关系式。在低应变区,温度在573~673 K时,压缩曲线呈现显著的加工硬化特征,温度在723~773 K时,加工硬化现象不明显,在流动应力达到峰值后随即进入稳态流动状态;在高应变区,受动态再结晶和动态回复机制的影响,材料的流动行为表现为稳态流动的特征。

时效处理对Mg-6Zn-0.7Zr-1.7Nd-0.7Cd合金腐蚀性能的影响

采用失重测试和极化曲线分析等方法测试和分析了时效处理对Mg-6Zn-0.7Zr-0.7Cd-1.7Nd镁合金力耐蚀性能的影响。结果表明:Mg-6Zn-0.7Zr-0.7Cd-1.7Nd合金挤压后再经时效处理,合金的耐蚀性能降低。

Al-9.0Zn-2.06Mg-2.12Cu-0.13Zr合金挤压工艺研究

通过对最新研发的高合金化Al-9. 0Zn-2. 06Mg-2. 12Cu-0. 13Zr合金均匀化退火后铸锭样品,进行不同温度和应变速率的热压缩试验,并结合组织分析,确定出新型合金的最佳变形温度和变形速率,进而通过在工业化条件下对挤压工艺进行验证,制定出新型合金合理的挤压工艺参数。挤压温度420℃±10℃,挤压速度0. 2 mm/s±0. 05 mm/s。

Al-9.0Zn-2.06Mg-2.12Cu-0.13Zr合金固溶工艺试验研究

超强高韧耐蚀铝合金是航空航天铝合金挤压材的发展方向。为此,进行了更高合金成分配比的Al-9. 0Zn-2. 06Mg-2. 12Cu-0. 13Zr合金挤压材的研制。为了获得更好的固溶效果,对Al-9. 0Zn-2. 06Mg-2. 12Cu-0. 13Zr合金进行单级固溶、双级固溶工艺对比试验,结合DSC曲线分析和组织观察,确定本试验合金宜采用的固溶工艺为450℃2 h+470℃4 h。

Al-9.0Zn-2.06Mg-2.12Cu-0.13Zr合金铸锭均匀化退火制度研究

对新研发的高合金化Al-9.0Zn-2.06Mg-2.12Cu-0.13Zr合金铸态样品进行不同工艺的均匀化退火试验,结合DSC曲线分析和组织观察,确定该合金适宜的均匀化退火制度。结果表明,试验铝合金适合采用双级均匀化退火处理,制度为430℃12 h+470℃60 h。

超高强Al-6.5Zn-2.4Mg-2.3Cu-0.12Zr合金厚板各向异性分析

采用拉伸试验、金相分析、EBSD分析等方法研究了80 mm厚的Al-6.5Zn-2.4Mg-2.3Cu-0.12Zr合金板材不同厚度的组织和性能。研究结果表明:试验合金厚板不同厚度层的力学性能明显不一致,板材厚度心部的强度明显高于表层的强度,并且表层强度出现纵向强度明显低于横向强度的反常平面各向异性现象;厚板的表层晶粒的纤维状组织特征比心部的明显,再结晶组织多,亚结构组织少;表层具有较强的R-Cube织构,心部有较强的Brass和Copper织构;不同厚度层的织构组分和织构强度反应出M(泰勒因子)值从表层至中心层逐渐增大,验证了试验合金厚板中心层的强度高于表层的强度。

Al-6Mg-0.9Mn-0.12Zr合金板材MIG焊接接头的显微组织和性能

对一种4 mm厚Al-6Mg-0.9Mn-0.12Zr合金退火态板材进行MIG焊接,并研究焊接接头的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能。结果表明,焊缝中心为枝晶组织,熔合线附近为柱状晶而且存在一层细晶组织,焊缝中的主要析出相为Al_(6)Mn。焊缝区和焊接热影响区的硬度均低于母材,焊缝中心硬度值最低为70.8~72.5 HV。焊接接头的抗拉强度为322 MPa,焊接强度系数为0.9,焊接性能良好。焊接接头的剥落腐蚀等级为PB级,晶间腐蚀值为4.6~4.7 mg/cm^(2),与母材耐蚀性能相当,具有良好的耐腐蚀性能。

Al-6Zn-2Mg-0.2Sc-0.1Zr合金的热变形工艺研究

在Gleeble-1500热模拟实验机上对Al-6Zn-2Mg-0.2Sc-0.1Zr合金进行等温压缩试验,建立了该合金在变形温度为350～500℃、应变速率为1～10 s-1条件下的热加工图。利用光学显微镜和扫描电镜观察了不同变形程度下合金的组织和热裂纹,确定了适宜的变形参数。结果表明:Al-6Zn-2Mg-0.2Sc-0.1Zr合金高温变形的峰值应力随变形温度的升高而降低,其适宜的热加工温度和应变速率范围为:T>440℃,1.4 s-1<ε<3.5 s-1,单道次变形量小于60%。

Al-6Mg-0.52Mn-0.15Sc-0.1Zr合金铸锭的均匀化退火及组织演变

采用差热分析仪(DSC),光学显微镜(OM),扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM)、布氏硬度测试等方法研究了Al-6Mg-0.52Mn-0.15Sc-0.1Zr合金铸锭在单、双级均匀化过程中组织,性能演变。研究结果表明:合金铸锭组织中存在着严重的枝晶偏析,非平衡共晶组织沿晶界呈连续链状分布;铸态合金在均匀化处理过程中,350℃以下均匀化时,合金硬度随均匀化退火温度升高而升高;350℃以上均匀化时,合金硬度和硬度峰值随退火温度上升而降低。电导率则随退火温度的升高和保温时间的延长而单调上升。合金于320℃保温最有利于获得尺寸细小、弥散的Al_(3)(Sc,Zr)析出相;再将温度提高到420℃进行均匀化,能够消除晶界上存在的非平衡共晶组织。确定该合金铸锭的最优均匀化工艺为320℃8 h+420℃4 h。

Zr对Al-10Zn-2.5Mg-1.6Cu合金板材组织与性能的影响

针对T6态Al-10Zn-2.5Mg-1.6Cu铝合金板材,研究了添加质量分数分别为0,0.046%,0.098%,0.151%,0.185%的Zr,铝板中合金相粒子和晶粒的组态以及板材的力学性能.结果表明,Zr含量增加对铝板中微米级T相和Al_(7)Cu_(2)Fe相粒子无明显影响,合金中未形成含Zr的结晶相,但纳米级Al_(3)Zr弥散相粒子数量逐渐增多.添加质量分数为0.046%Zr可细化T6态铝板等轴状Cube取向晶粒;Zr质量分数超过0.098%能抑制铝板再结晶形核,板材晶粒为纤维状,取向以Brass,S,R和Copper为主,且其体积分数随Zr含量增加而逐渐增大.Zr含量增加,T6态铝板的强度逐渐增大,而延伸率先增大后略有减小.Zr质量分数为0.151%的T6态Al-10Zn-2.5Mg-1.6Cu铝合金板材性能最佳,其抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为706,645 MPa和10.3%.

Al-6.3Zn-2.3Mg-2.3Cu-0.1Zr合金扁锭铸造工具设计

针对Al-6.3Zn-2.3Mg-2.3Cu-0.1Zr合金扁锭铸造过程中裂纹倾向性大的问题,自主设计制作了440 mm×1300 mm水箱式结晶器。将结晶器水箱大小面分开,独立供水,小面供水可单独控制,通过调整水孔大小及分布来减少铸造应力,从而减小了铸锭裂纹倾向性。该工具经过工业化试验验证表明,Al-6.3Zn-2.3Mg-2.3Cu-0.1Zr合金440 mm×1300 mm铸锭的成型率达到90%以上,符合预期效果。