熔体保温和超声振动对Al-Cu-Mn合金组织与性能的协同作用

含特定Cu/Mn比的铝合金能够形成稳定的二十面体准晶相(I-Al_(65)Cu_(20)Mn_(15)),但是在常规凝固组织中准晶含量较低且尺寸粗大。本文以Al-Cu-Mn准晶合金为研究对象,研究在准晶I相形成温度区间进行熔体保温和超声振动对I相形貌与尺寸的影响规律。结果表明,随着熔体保温时间的延长,准晶I相尺寸呈先减小后增大的趋势,特别是保温时间为20 min时,准晶颗粒呈细小的花瓣状;对保温20 min后的合金熔体施加600 W功率的超声振动,准晶尺寸发生细化,但继续增大功率会导致I相粗化。

Al-Cu-Mn-Fe-Ag-Zr合金的微观组织与室温和高温性能研究

Al-Cu合金具有低密度、耐热性好和潜在的高温稳定性等优点,广泛应用于汽车和航空航天等领域。为提高Al-Cu基铸造合金的耐热性能,本文制备了质量分数为Al-4%Cu-0.5%Mn-0.1%Fe-0.4%Ag-0.3%Zr(简称AC)的合金。采用OM和SEM分析了合金的微观形貌及化学成分,采用XRD分析了合金的物相结构,采用EBSD研究了晶粒形态与尺寸分布,采用TEM分析了合金在时效处理后的微观组织和析出相形态,采用高低温拉伸试验机进行了室温和高温力学性能测试。结果表明,AC合金在铸造过程中形成的金属间化合物主要包括Al_2Cu和Al_7Cu_2Fe,其中,Al_2Cu相在固溶处理后溶入基体中,并在时效处理后重新沉淀为θ′相,成为主要的强化相。此外,经T6热处理后,合金中还包含着T_(Mn)(Al_(20)Cu_2Mn_3)相,Ag元素固溶于铝基体中,而Zr元素则使得合金析出L1_2-Al_3Zr纳米相,其与θ′相存在位向关系。测试了合金在室温和高温(200、300和400℃)下的拉伸性能,对应屈服强度可分别达236、155、129和61 MPa。

Cr对Al-Cu-Mn合金显微组织及力学性能的影响

为了提高Al-Cu-Mn合金的力学性能,采用了扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能量色散X射线谱仪及电子万能试验机研究了不同Cr含量的Al-6.5Cu-0.5Mn-xCr合金铸态和热处理态的显微组织及室温拉伸力学性能。结果表明,Cr的添加可以细化α-Al枝晶组织。经T6热处理后,粗大的Al_(84.6)Cr_(15.4)和网状θ-Al_(2)Cu相基本消失;基体中析出很多细小、弥散的纳米θ′-Al2Cu相,Cr促进了θ′-Al_(2)Cu相的析出与细化。铸态和热处理态合金抗拉强度都随Cr添加量增加呈先升后降的趋势,当Cr质量分数为0.6%时,2种合金抗拉强度均最高,分别为191.98 MPa和373.5 MPa,分别比基体合金提高15.7%和20.09%。铸态合金力学性能的改善主要是因为Cr的引入对α-Al枝晶和晶粒的细化作用,而热处理态合金力学性能的提高主要是因为Cr能使时效过程纳米θ′-Al_(2)Cu相细化并增加其析出数量。

旋转磁场对Al-Cu-Mn-Zr-V合金组织和性能的影响

以Al-Cu-Mn-Zr-V合金为研究对象,在合金凝固过程中进行旋转磁场处理,研究不同强度的磁场电流对Al-Cu-Mn-Zr-V合金凝固组织和力学性能的影响。试验结果表明:随着磁场电流的增加,合金的凝固组织呈现先细化后粗化的趋势,力学性能呈现先增大后减小的趋势,但均优于未处理的合金。旋转磁场处理后的合金晶界处的第二相分布更加密集,综合性能显著提升。当磁场电流为160 A时,Al-Cu-Mn-Zr-V合金凝固组织和力学性能的改善效果最为显著,其平均晶粒尺寸为90.5μm,抗拉强度和伸长率达到峰值,分别为243.16 MPa和11%。

Ni元素对Al-Cu-Mn合金组织及力学性能的影响

为研究添加Ni元素对Al-5.0Cu-0.6Mn合金组织及力学性能的影响,通过硬度试验、拉伸力学试验及摩擦磨损试验对合金力学性能进行研究;采用扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜及透射电子显微镜对合金微观组织进行检测分析。结果表明:向Al-5.0Cu-0.6Mn合金中添加Ni元素后,由于Al3CuNi相析出的强化作用,并且与基体结合良好的增强相颗粒能均匀分布于合金中,使得合金硬度和强度大幅提高,摩擦磨损深度显著降低,综合力学性能得到有效的提升。当Ni元素的添加量为0.3%(质量分数)时,由于T相(Al_(20)Cu_(2)Mn_(3))和Al3CuNi相分布比较均匀,合金综合性能较为理想,其HV硬度、抗拉强度、摩擦磨损系数分别为126.4 MPa、395.2 MPa、0.12。

热处理工艺对Al-Cu-Mn-Mg合金微观组织与力学性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度计和电子拉伸试验机等研究了热处理工艺对Al-5Cu-0.7Mn-0.35Mg合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:铸态合金的微观组织主要由α-Al基体、Al_(2)Cu(θ)相、θ+T(Al_(20)Cu_(2)Mn_(3))和θ+S(Al_(2)CuMg)共晶组织构成。在固溶处理过程中,晶界处的初生θ相溶解,在后续的淬火过程中,T相析出;随着固溶温度的升高,合金的硬度曲线呈现双峰现象,随着固溶时间的延长,显微硬度先增大后减小。时效温度越高,到达峰时效的时间越短,峰值硬度越高;在时效处理过程中,显微硬度值先快速增加达到硬度峰值,之后缓慢下降逐渐趋于稳定。Al-Cu-Mn-Mg合金的最佳热处理工艺为525℃固溶处理12 h+175℃时效处理6 h,此时合金的显微硬度、抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为145.6 HV0.2、498.2 MPa、325.4 MPa和18.5%。

连续流变挤压参数对Al-Cu-Mn合金组织和性能的影响

采用连续流变挤压机、光学显微镜、扫描电子显微镜、万能试验机探究了不同工艺参数对Al-Cu-Mn合金组织和性能的影响。分析了连续流变挤压杆材的断裂机制,得到了最佳的流变挤压工艺参数。结果表明:在浇注温度690℃,工作辊转速15 r/min,冷却水流量3 m~3/h下进行连续流变挤压成形的直径9.5 mm杆材力学性能最好,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为340 MPa、250 MPa、28%。730℃,12.5 r/min,3 m~3/h连续流变挤压铸造比相同浇注温度(730℃)下的重力铸造的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提高了43.8%、52%、700%。连续流变挤压铸造成形的Al-Cu-Mn合金的断裂形式为延性断裂,而重力铸造的Al-Cu-Mn合金断裂形式为脆性+延性的混合断裂。

杂质Fe和Si对Al-Cu-Mn-Mg合金显微组织及力学性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等研究了杂质Fe和Si对Al-Cu-Mn-Mg合金显微组织及力学性能的影响。结果表明:当合金含有0.20 mass%的杂质Fe时,凝固过程中形成的富Fe相为Al_(7)Cu_(2)(FeMn),与不含杂质Fe时相比,合金的力学性能略有下降,但仍具有良好的塑性。当合金含有0.20 mass%的Fe和0.20 mass%的Si时,热处理后合金中存在两种富Fe相,Al_(7)Cu_(2)(FeMn)和Al_(15)(FeMn)_(3)(SiCu)_(2)相,但Al_(7)Cu_(2)(FeMn)相居多。此外,含有杂质Fe和Si的合金凝固终了时在晶界处形成低熔点共晶组织(Al+Al_(2)Cu+Mg_(2)Si),导致合金在热处理过程中发生过烧现象。与仅含杂质Fe元素的合金相比,同时含有Fe和Si时合金的抗拉强度变化不大,但屈服强度增加了51.6 MPa,伸长率由15.4%大幅下降至6.0%。

间接挤压铸造Al-Cu-Mn支架的工艺及性能

为满足大型支架“以铝代铁”的轻量化要求,设计了铝合金支架间接挤压铸造系统,完成了相应的数值模拟及工艺设计,并制作了相应的模具.采用Al-Cu-Mn合金材料,对支架进行了间接挤压铸造试制,分析了试制铸件缺陷形成的原因,并对T5热处理后的支架进行了力学性能和微观组织分析.结果表明:采取缩短循环时间、减少脱模剂水分等工艺改进措施,可以消除间接挤压铸造件的气孔和夹渣缺陷,获得质量良好的铸件;支架铸件各部位的平均抗拉强度和伸长率分别达388 MPa和8.7%,且力学性能分布较均匀;铸件微观组织致密,晶粒细化,晶粒尺寸小于0.08 mm,说明了所设计的间接挤压铸造系统和所选用的工艺参数的合理性.

淬火水温对Al-Cu-Mn高强铸造合金性能的影响

研究了淬火水温对Al-Cu-Mn高强铸造铝合金时效处理后拉伸强度和伸长率的影响,并分析其微观组织结构。结果表明:60℃水温淬火可以获得实验中最高的拉伸强度和最大的伸长率。其原因在于淬火水温不同,时效处理后试样的微观组织结构有所不同。在30、40℃较低温度淬火,冷却速率高导致了淬火裂纹和晶界模糊;在100℃水温淬火,冷却速率慢,在晶界析出较多条状物且晶粒尺寸增大,晶内二次T相偏聚。而在60℃水温淬火试样获得了有利于提高强度和伸长率的微观组织结构。

热挤压、固溶及时效对Al-Cu-Mn铝合金微观金相组织的影响

将Al-Cu-Mn铝合金热挤压加工成棒材,然后对其进行固溶淬火处理以及在175℃下进行不同时间的时效处理,研究了热挤压、固溶淬火以及时效等对该合金微观组织的影响。结果表明:热挤压后,没有铸态下的大晶粒存在,且晶界也不明显,脆硬相被挤碎,在T相附近有再结晶晶粒出现,这些微观结构均沿挤压变形方向排列;固溶淬火后,T相弥散析出,挤压变形后的微观金相组织仍然存在,未固溶脆硬相的数量和尺寸均有所减小,但再结晶晶粒尺寸增大,同时出现了一些新的尺寸细小的再结晶晶粒;时效处理对微观金相组织的影响不大。

预变形对Al-Cu-Mn-Mg-Ag合金的组织与力学性能的影响

采用显微硬度测试、拉伸力学性能测试、扫描电镜及透射电镜观察等分析手段，研究了预变形对Al-Cu-Mn-Mg-Ag合金的组织与力学性能的影响。结果表明：时效前的冷轧变形加速了Al-Cu-Mn-Mg-Ag合金的时效进程，提高了时效的峰值硬度，促进Ω相的析出，增加Ω相的数量。随着变形量的增加，合金时效过程中双阶段时效硬化的现象减弱，预变形小于10％时，时效过程中出现明显的双阶段时效硬化特征，预变形大于10％时，时效过程仅出现明显的单阶段时效硬化特征；随着预变形量的增加，合金的抗拉强度和屈服强度逐渐增加，延伸率逐渐降低。综合考虑合金的强度和塑性，Al-Cu-Mn-Mg-Ag合金的预变形量应为10％～20％。

时效温度对Al-Cu-Mn高强铸造合金组织与力学性能的影响

对Al-Cu-Mn合金ZL210A砂型试样进行了540℃×6 h固溶,再进行(120~180)℃×8 h的时效处理。通过OM、XRD、拉伸性能测试等手段与方法,研究了不同时效处理对ZL210A合金组织和性能的影响。结果表明:在120~180℃范围内,随着时效温度的升高,ZL210A合金试样晶内析出相粒子逐渐增多。160℃×8 h时效试样析出相粒子细小均匀、弥散分布在晶内,时效效果最佳。随着时效温度的升高,合金强度先升高后降低,伸长率先降低后升高。160℃时效试样强化效果最好,抗拉强度和屈服强度分别达到487 MPa和392 MPa。时效温度从140℃升高到160℃,合金试样伸长率下降明显,从12.4%下降到7.8%。

冷却速率和Mn含量对Al-Cu-Mn合金凝固组织的影响

研究了冷却速率和Mn含量对Al-Cu-Mn合金凝固组织的影响。结果表明,随冷却速率逐渐从1 K·s-1增加至106K·s-1,共晶非平衡相体积分数逐渐降低,二次枝晶的间距逐渐缩小。并且,随着Mn含量的增加,Al-Cu-Mn合金中的共晶非平衡析出相的体积分数也相应增加。

Al-Cu-Mn合金的铸造工艺研究

研究了浇注温度、模具温度、压力和保压时间对Al-Cu-Mn合金力学性能和显微组织的影响。结果表明,Al-Cu-Mn合金适宜的浇注工艺为:浇注温度720℃、模具温度200℃、压力75 MPa、保压时间20 s;4种工艺参数对第二相面积分数的影响从大至小依次为:挤压压力>浇注温度>模具温度>保压时间。

Ti(CN)和V(CN)变质剂对铸造Al-Cu-Mn合金微观组织和力学性能的影响

研究了Ti(CN)和V(CN)变质剂对铸造Al-Cu-Mn合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,当添加量为0.02%时,变质剂Ti(CN)和V(CN)均能有效地细化铸造Al-Cu-Mn合金的基体晶粒并显著改善第二相Al2Cu的形态与分布,从而提高铸造铝合金的综合力学性能。Ti(CN)和V(CN)变质剂对铝合金晶粒的细化是一种异质形核机制,并且由于V(CN)的粒径更细小,点阵常数与铝更接近,其变质效果比Ti(CN)更佳。

时效时间对Al-Cu-Mn铸造合金物相组织的影响

Al-Cu-Mn铝合金在固溶处理后的时效过程中,可能有GP区、θ″、θ'和θ相等4种脱溶物相、二次T相、晶界及晶界析出相等。这些析出物相由于尺寸、分布及与基体的共格关系不同,其强化机制和效果有所不同。本研究拟以时效时间为变化参数,研究其对Al-Cu-Mn合金强度和塑性的影响,在此基础上分析该合金微观物相结构对宏观性能的影响。

Mg元素含量对Al-Cu-Mn-Mg合金过烧行为的影响

采用X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等研究了不同Mg元素含量对Al-Cu-Mn-Mg合金过烧行为的影响。结果表明:Al-Cu-Mn-Mg合金发生过烧的原因是凝固过程中晶界处形成的低熔点共晶相Al_(2)CuMg在合金固溶处理时发生熔化和氧化。当Mg含量不超过0.45 mass%时,晶界区域不会形成Al_(2)CuMg相,525℃固溶处理12 h后合金未发生明显的过烧现象;当Mg含量超过0.45 mass%时,晶界区域的共晶组织中存在Al_(2)CuMg相,固溶处理后的Al-Cu-Mn-Mg合金开始出现过烧组织特征,而且Mg含量越高,过烧现象越明显,过烧区域尺寸越大。

半固态等温热处理对Al-Cu-Mn合金组织的影响

研究半固态等温热处理工艺对Al-Cu-Mn合金组织的影响规律。对Al-Cu-Mn合金进行了不同的保温温度和保温时间,探究了保温温度和保温时间对Al-Cu-Mn合金半固态坯料的平均等圆直径、固相率和形状因子的影响规律。Al-Cu-Mn合金在保温温度630℃、保温时间50 min时,其半固态坯料组织最适合后续触变成形。坯料的固相率为55.9%,平均等圆直径为146μm,形状因子为1.4。当保温时间相同时,随着保温温度的增加,晶粒尺寸和晶粒的球化程度都会增加。当保温温度相同时,随着保温时间的增加,晶粒尺寸增大,晶粒圆整度增加。

Microstructures and mechanical properties of Al-Cu-Mn alloy with La and Sm addition

The effect of single addition of La or Sm on the microstructures and mechanical properties of an Al-Cu-Mn alloy were investigated by microstructure characterization and tensile test.The results show that addition of La or Sm into the Al-Cu-Mn alloy can remarkably increase the density of θ' phase and refine the microstructure,and thus,improves the mechanical properties at room temperature.La addition results in a more considerable increase in the density and refinement of θ' phase than Sm addition.La addition has a more significant contribution on the mechanical properties of the Al-Cu-Mn alloy than Sm addition.In addition,a new phase of Al_6Cu_6La is formed in the Al-Cu-Mn alloy with La addition.