异质双丝间接电弧增材制造Al-Mg-Cu合金组织与力学性能

提出了一种新型异质双丝间接电弧增材制造(TWIA-AM)方法,同步送进ER2319和ER5356两种焊丝,制备了Al-3.5Mg-1.7Cu合金试样,并对沉积的Al-3.5Mg-1.7Cu铝合金试样的组织和力学性能进行了研究.结果表明,Al-3.5Mg-1.7Cu合金试样第二相主要由Al,Mg和Cu元素组成,为α-Al相和S相(Al2CuMg),晶粒形态在层间区域呈现粗大的柱状晶,层中心区域为等轴晶和细小的胞状晶组成;试样平均硬度为73.7HV,存在周期性低硬度区.试样平行增材方向(BD方向)、垂直于增材方向的平均抗拉强度和断后伸长率分别为225,235 MPa和9.0%,13.0%,力学性能表现为各向异性,观察断口形貌呈现典型的韧性断裂特征.创新点:提出了一种新型的异质双丝间接电弧增材制造方法,实现了Al-Mg-Cu合金的增材制造原位合成.

Zn含量及热处理工艺对Al-Mg-Cu-Sc-Zr合金组织性能的影响

采用铸锭冶金法制备了Al-8·7Zn-2·5Mg-1·2Cu-0·12Sc-0·15Zr和Al-9·5Zn-2·5Mg-1·2Cu-0·12Sc-0·15Zr合金,采用扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)研究了两种合金不同处理态的显微组织,测试了不同热处理状态下合金的力学性能和电导率。结果表明,增加Zn含量可以提高Al-Mg-Cu-Sc-Zr合金的抗拉强度,降低电导率。

Si对Al-Mg-Cu合金时效析出行为的影响

向不同镁含量的Al-Mg-Cu合金中添加Si元素,研究Si对该合金时效强化行为的影响,并在此基础上探究自然时效处理对合金后续人工时效行为的影响。研究结果表明,在2.0%Mg的基础上添加0.15wt%Si可以显著增强合金的人工时效强化效果,但是合金强度随Si含量的进一步增加而增加的幅度较小;Si对合金的时效强化效果是由于Si使得合金中的时效析出相明显细化且分布弥散。添加0.15%Si的合金在经过自然时效后再进行人工时效(简称双时效),经双时效后的人工时效前期的硬度值高于直接人工时效的硬度值,但两种时效工艺峰值硬度基本相同;然后若继续增加Si含量,合金经双时效后的硬度峰值低于直接人工时效所得的硬度值。

隔离开关用Al-Mg-Cu合金引流板的腐蚀原因

研究了腐蚀后Al-Mg-Cu合金引流板的显微组织、微区成分、电化学腐蚀性能以及腐蚀产物成分等,并与新引流板的进行了对比,分析了其腐蚀失效的原因。结果表明:Al-Mg-Cu合金引流板的腐蚀是由含硫的酸雨引起的,电流热效应导致引流板的组织老化,θ相的析出和粗化使引流板的耐腐蚀性能进一步降低。

钪,硅对Al-Mg-Cu合金时效初期微结构演化的作用

运用蒙特卡罗方法计算模拟了加入微合金元素Sc,Si对Al-Cu-Mg合金时效初期微结构的演化过程的影响。模拟结果表明:在温度为453 K时,加入微量Si使合金的Mg原子逐步向Si原子偏聚;单独添加微量Sc以后,则抑制了合金中Cu原子的团簇化,使得Cu原子转向Mg原子偏聚;在同时添加Sc和Si的合金中出现了Sc/Cu/Si/Mg/空位团多元复合体。研究表明空位在微结构演化过程中对形成原子偏聚团起重要作用。

氟盐反应时间对高压开关材料Al-Mg-Cu-(La)合金组织演变的影响

通过氟盐法制得一种新的Al-Mg-Cu-(La)合金细化剂。通过实验测试研究了氟盐反应时间对Al-Mg-Cu-(La)合金组织演变的影响。结果表明:铝熔体和氟盐之间的反应时间并不会造成合金物相结构的明显变化。加入La元素后,依然存在Al_(2)Cu与AlMg相的特征峰,同时检测出了Al_(3)MgLa的衍射峰。Al-Mg-Cu-La合金中形成的AlMg与Al_(3)MgLa第二相晶粒尺寸比Al-Mg-Cu合金晶粒更小,加入La元素能对AlMg中间相发挥变质细化的效果。增加反应时间在合金中形成了更高比例的Mg。La可以促进氟盐和铝熔体更快完成化学反应过程,起到明显的催化效果,使Al达到更充分的反应程度。

高强Al-Zn-Mg-Cu合金静态再结晶模型及组织演变

采用Gleeble 3800热模拟试验机对航空用Al-Zn-Mg-Cu合金的热变形行为进行了测试,对变形后的微观组织进行了表征,系统分析了静态软化行为,建立了静态再结晶动力学模型。结果表明:实验用航空Al-Zn-Mg-Cu合金的静态再结晶激活能为129162 J·mol^(-1),静态再结晶体积分数受变形温度、变形程度、变形速率的影响,且变形温度对静态再结晶影响最明显;变形速率一定时,变形温度越高,道次停留时间的影响越不明显;350℃低温变形后,α-Al基体晶粒内部仍存在大量的位错缠结;400℃中温变形后,位错运动能够充分进行,部分晶粒发生了再结晶;450℃高温变形后,基体晶粒基本全部完成了再结晶,基体晶粒内部发现5~25 nm尺寸范围的Al-Zn-Mg-Cu四元相粒子;对于不同热变形条件,模型预测值的误差在0.008~0.0625范围内,动力学模型的计算结果精确度较高。

热挤压对快速凝固Al-Si-Fe-Cu-Mg合金显微组织及性能的影响

采用单辊旋淬法制备了快速凝固Al-20Si-5Fe-Cu-Mg合金,采用了SEM对其进行观察分析。结果表明,快速凝固能够极大细化Al-20Si-5Fe-Cu-Mg合金组织,抑制Si相及β-Fe相的析出长大,且组织的细化程度呈梯度分布。对快速凝固Al-20Si-5Fe-Cu-Mg合金进行了不同工艺参数的热挤压实验。结果表明,粉末包套热挤压工艺能够使快速凝固Al-20Si-5Fe-Cu-Mg带材合金致密化,当挤压温度为400℃、挤压比为1∶16时,合金获得了较优异的力学性能,其屈服强度和抗拉强度分别达到了456 MPa和805 MPa,压缩率为9.3%。

T6态热挤压Al-5Cu-0.8Mg-0.15Zr-0.2Sc-0.5Ag合金的低周疲劳行为

为了揭示经过T6处理的热挤压Al-5Cu-0.8Mg-0.15Zr-0.2Sc-0.5Ag合金在不同温度下的低周疲劳变形与断裂行为,对T6态热挤压合金进行了室温和200℃条件下的低周疲劳实验。结果表明:在室温和200℃下合金塑性应变幅与载荷反向周次之间服从Coffin-Manson公式,而弹性应变幅与载荷反向周次之间服从Basquin公式;合金在室温和200℃下低周疲劳变形时,在较低外加总应变幅下疲劳变形机制主要为平面滑移,而在较高外加总应变幅下疲劳变形机制主要为波状滑移;室温和200℃下合金的疲劳裂纹均萌生于疲劳试样表面并以穿晶方式扩展。

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。

基于机器学习的Al-Zn-Mg-Cu合金快速设计

提出一种基于机器学习的合金快速设计系统(ARDS),以定制所需性能的合金制备策略或预测制备策略所对应的合金性能。为此,分别对3种回归算法:线性回归(LR)、支持向量回归(SVR)和人工神经网络(BPNN)进行建模和比较以训练多性能预测模型。其中,应用SVR构建的机器学习模型被证明是最佳的。然后,基于生成对抗网络(GAN)模型原理,构建Al-Zn-Mg-Cu系铝合金快速设计系统(ARDS)。对ARDS的预测可靠性进行验证。结果表明,为了能够获得准确的制备策略,系统中极限抗拉强度(UTS)、屈服强度(YS)和伸长率(EL)的输入上限分别约为790 MPa、730 MPa和28%。此外,基于ARDS预测结果,制备了一种性能优异的新型铝合金材料,其UTS为764 MPa、YS为732 MPa、EL为10.1%,进一步验证了ARDS的可靠性。

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。

锌镁比对Al-Zn-Mg-Cu-Er-Sc-Zr合金显微组织与耐腐蚀性能影响的研究

通过调整Al-Zn-Mg-Cu-Er-Sc-Zr合金中的Mg元素含量,研究了Zn/Mg比的变化对合金相演变以及腐蚀性能的影响规律。结果表明:Al_(8)Cu_(4)Er相、Al_(3)(Er,Sc)相与含Fe相存在明显的伴生关系,二者依附于含Fe相生长。Zn/Mg比的变化可显著改变三者间的交互形式,高的Zn/Mg比例有利于稀土相独立生长,且在比值为4.18的条件下,Al_(8)Cu_(4)Er相与含Fe相均得到了显著细化。细化的晶界第二相使腐蚀坑深度仅为82μm,而连续的伴生混合相、粗大稀土相等均会不同程度降低合金的耐蚀性能。

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。

应变速率对7065铝合金等温压缩软化机制的影响

采用等温压缩实验并结合电子背散射衍射手段,研究了应变速率对7065铝合金热变形行为的影响规律。结果表明,随着应变速率由0.001 s^(-1)增加到30 s^(-1),合金的动态再结晶面积分数先显著减少,在1 s^(-1)时达到较低水平,而后变化幅度小于10%,当应变速率大于1 s^(-1)时,合金的亚结构面积分数显著增加。低应变速率阶段(0.001~1 s^(-1))的软化机制为动态再结晶(DRX)机制和动态回复(DRV)机制,而高应变速率阶段(1~30 s^(-1))的软化机制为DRV机制。随着应变速率的增加,等温压缩变形后合金的形变储能逐渐增加。

淬火冷却方式及宏观取向对Al-Zn-Mg-Cu合金力学性能的影响

以7050铝合金为研究对象,研究热处理状态(空冷时效与水冷时效)和宏观取向(与轧制方向成0°,45°,90°)耦合作用对合金力学性能的影响。结果表明:水冷时效态的样品中析出相细小均匀弥散,晶界无析出带较窄。在空冷时效态下,过饱和的溶质不仅会以半共格的Al3Zr为核心形成粗大析出相,还会沿位错大量析出。此外,与水冷时效态相比,空冷时效态晶界相尺寸大幅增加,晶界无析出带显著宽化,不同宏观取向样品的强度和伸长率都明显下降。宏观取向对两种状态样品强度的差值影响较小,但对伸长率的差值影响较大。当拉伸方向与轧制方向成45°方向时,空冷诱导的伸长率下降幅度最小;当拉伸方向与轧制方向成90°时,下降幅度最大。

固溶温度对Al-2.5Cu-0.3Mg合金线材组织与性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、差热分析(DSC)和电子拉力试验机等研究了Al-2.5Cu-0.3Mg合金线材经不同温度固溶处理后的组织和性能。结果表明:冷拉拔态Al-2.5Cu-0.3Mg合金线材的晶粒沿变形方向拉长,组织内含有大量Al_(2)Cu相;经过495~510℃固溶处理后,组织发生完全再结晶;随着固溶温度的升高,Al_(2)Cu相逐渐回溶,DSC热焓值降低;经自然时效后组织内析出纳米级强化团簇,合金的抗拉强度、剪切强度和腐蚀性能逐渐提高;当固溶温度升高至510℃时,合金的剪切强度提高至257 MPa,点蚀深度降低至39μm。

Si、Cu、Ti对亚共晶铝硅合金组织与性能的影响

使用正交试验的方法研究了Si、Cu、Ti三种合金元素对铸造亚共晶铝硅合金组织及性能的影响。结果表明,铸态合金中主要由α(Al)、共晶Si、θ-Al_(2)Cu、Q-Al_(5)Cu_(2)Mg_(8)Si_(6)和Π-Al_(8)Mg_3FeSi_(6)相组成,热处理后θ-Al_(2)Cu相更均匀的析出,而Π相转变为β-Al_(5)FeSi(Cu)相。经过元素调控和T6热处理后的铸造铝硅合金通过力学性能测试发现,当Si含量为9%、Cu含量为1.5%、Ti含量为0.1%时,T6(固溶520℃保温5 h+时效180℃保温4 h)处理的铝合金强塑性匹配达到最佳。合金的室温抗拉强度和伸长率分别为422 MPa和6.2%,250℃保温1 h的高温抗拉强度和伸长率分别为215 MPa和9.6%,为缸盖材料的应用和发展提供了一定的理论指导。

超高强铝合金研究进展与发展趋势

超高强铝合金具有密度低、比强度高等特点,广泛应用于航空、航天、核工业等领域。合金的极限强度已从第四代铝合金的600 MPa级,逐步发展到650~700 MPa级、750 MPa级,甚至800 MPa级及以上第五代铝合金。本文首先对超高强铝合金的发展历程和国内外发展现状进行概述;随后,从成分设计与优化、熔铸与均匀化技术、热变形技术、热处理技术、计算机辅助模拟计算共五个方面对近些年的研究进展和所遇到的问题进行了总结和讨论;最后,结合未来装备的发展需求和国内的技术现状,指出“深入研究基础理论,解决综合性能匹配等问题以及在特定应用场景下专用材料的推广应用”是超高强铝合金的发展趋势和重要方向。