多道次ECAE动态成型Al-Mg-Si合金导线组织与性能

借助S4800扫描电子显微镜、Philips DM420透射电子显微镜、SANS CMT5105电子万能材料试验机和QJ48双臂直流电桥,研究了多道次ECAE动态成型Al-Mg-Si合金导线的组织与性能。结果表明:4道次ECAE动态成型可制备平均尺寸在10μm左右甚至更小的Al-Mg-Si合金导线晶粒。随着Mg、Si含量的增加,合金导线的抗拉强度增大,伸长率与等效导电率降低。经160~170℃/7h时效处理后,Al-0.59%Mg-0.59%Si合金导线的抗拉强度、伸长率和等效导电率分别为305.71~309.63 MPa,4.7%~5.4%和55.18%IACS^56.33%IACS,与目前国产Al-Mg-Si合金导线(295 MPa,52.5%IACS)相比,导电性能显著提高。

Al-Mg-Si合金导线的生产现状及其发展前景

分析了铝合金导线的市场需求,以及国内外高强度铝合金导线的开发情况,提出了Al-Mg-Si合金导线的优势及应用领域,并对铝合金导线的制造及加工工艺进行了综述,对铝合金导线加工工艺的发展方向进行了展望。

稀土Al-Mg-Si合金导线的热处理与性能研究

采用稀土微合金化和热处理相结合的方法制备出了高强高导电率的铝合金导线,研究了均匀化退火温度和时间、时效温度和时间对合金显微组织、力学性能和导电性能的影响,优化了均匀化退火和时效热处理工艺。结果表明：相对于铸态合金,均匀化退火态合金的硬度降低而导电率提高;随着均匀化退火温度的升高和均匀化退火时间的延长,合金的显微硬度逐渐降低而导电率不断提高,适宜的均匀化退火工艺为570℃/8 h;随着时效温度的提高,导电率达到标准所需的时间缩短,而抗拉强度达到标准的时间先增加而后减小;稀土铝合金导线适宜的时效热处理工艺为190℃/9 h,此时铝合金导线的抗拉强度为242 MPa、导电率为60.2%IACS。

时效工艺对Al-Mg-Si合金导线抗拉强度和导电率的影响

采用连铸连轧和拉拔工艺制备Al-0.8Mg-0.7Si合金导线,利用直流双臂电桥和拉伸试验机,研究了自然时效和人工时效工艺对Al-0.8Mg-0.7Si合金导线抗拉强度和电导率的影响.结果表明:随着自然时效时间延长,铝合金导线的抗拉强度提高,导电率下降.当自然时效192h时,铝合金导线的抗拉强度达到最大值318MPa,导电率为52.5%IACS.随着人工时效时间延长,铝合金导线的抗拉强度和导电率提高.在175℃人工时效8h时,铝合金导线的抗拉强度达到最大值330 MPa,导电率为55.6%IACS.

Mn/Fe比对Al-Mg-Si合金组织和性能的影响

以Al-Mg-Si合金为研究对象,采用金属型铸造研究Mn/Fe比对其组织和性能的影响。结果表明:Al-Mg-Si铸态合金组织中枝晶间存在α-Al基体和大量析出相,主要以Mg_(2)Si相为主,还存在少量的共晶Si相、AlFeSi相和Al(FeMn)Si相。随Mn/Fe比的增大,合金中的晶粒逐渐变得细小圆整,且由树枝晶向等轴晶发生转变。Mn可以促进铝合金中针状的β-AlFeSi相向骨骼状、颗粒状或块状的α-Al(FeMn)Si相的转变。当Mn/Fe比为0.5时,合金的热导率达到最大值181.08 W·m^(-1)·K^(-1)。当Mn/Fe比为1.0时,合金的晶粒尺寸最小且具有最佳的力学性能,抗拉强度、伸长率和硬度相较于Mn/Fe为0.2时分别提升17.45%、49.57%和27.48%,达到167.35 MPa、17.23%、HV 62.86。

Al-Mg-Si合金在均匀化退火过程中的组织演变

通过光学显微镜、扫描电镜和差示扫描量热仪等技术手段研究了Al-0.7Mg-0.9Si合金在550℃均匀化退火过程中的显微组织演变。结果表明,合金的铸态组织存在严重偏析,晶界析出长条状Al(Fe, Mn)Si相和短棒状Mg_(2)Si相,晶内析出球状Q-AlCuMgSi相;随着均匀化退火时间的延长,枝晶偏析消失,Q-AlCuMgSi相和Mg_(2)Si相逐步回溶于基体,Al(Fe, Mn)Si相发生断续化转变。合金导电率呈先降低后缓慢升高的趋势。结合均匀化动力学计算,确定Al-Mg-Si合金合理的均匀化退火制度为550℃8 h。

高含量Zn对Al-Mg-Si合金微观组织、力学性能及晶间腐蚀性能的影响

【目的】可热处理强化Al-Mg-Si合金由于高的比强度、良好的成形性、优异的耐腐蚀性和良好的焊接性能,广泛应用于交通运输,是车辆轻量化的首选材料之一。然而,高含量Zn对合金组织和晶间腐蚀性能的影响有待进一步研究。【方法】采用室温拉伸和晶间腐蚀试验,结合SEM/EDS、EBSD和TEM表征,分析Zn元素对Al-Mg-Si合金微观组织、力学性能及晶间腐蚀性能的影响。【结果】添加Zn合金的晶粒尺寸比不添加Zn合金的大。室温拉伸性能表明,添加Zn合金的强度明显高于不添加Zn合金,但添加Zn合金的断后伸长率降低。晶间腐蚀结果表明,添加Zn合金的最大晶间腐蚀深度大于不添加Zn合金。【结论】添加Zn元素有利于减少第二相颗粒的数量,减弱对晶界的钉扎作用,增大合金的晶粒尺寸。添加Zn元素增加细小β"相的数量密度,同时促进少量的η'相析出,提高合金的强度。添加质量分数为4%的Zn能够促进晶界析出相由β相向富Zn相转变,减小晶界析出相的间距,增大PFZ的宽度,降低合金的抗晶间腐蚀性能。

耐热铝合金导线的耐热机制及其应用研究

研究耐热铝合金导线这类新型导线的发热机制,并探讨其在铁路输电线路中的应用效益。通过查阅相关文献资料,分析梳理这类新型导线的发热机理,并研究其主要性能,最后介绍这类导线在铁路输电线路改造工程中的应用。结果表明,Ф3.0的耐热铝合金单线在高温处理后其抗拉强度仍较高,强度保持率不低于95.4%。60%导电率的钢芯耐热铝合金绞线的耐热性能与钢芯耐热铝合金绞线是一样的,它们的连续允许使用温度都是150℃。与硬铝线相比,耐热铝合金导线在蠕变性能、耐腐蚀性方面都水平相当。经分析2008年山东省M市220 kV铁路输电线路扩容改造工程发现,只更换耐热导线的花费每千米只需45万元,而如果更换全部铁塔,花费为每千米133.9万元。由此可知,耐热铝合金导线具有良好的耐热性能,将其用于线路改造或新建中能有效节省投入费用,效益明显。

Al-Mg-Si合金双辊铸轧板坯不同位置处微观组织差异及其对板坯性能的影响

传统的热轧法生产Al-Mg-Si合金板材存在工序多、时间长和成本高等缺点,严重制约了Al-Mg-Si合金的发展,因此,近年来采用双辊铸轧工艺生产Al-Mg-Si合金板材获得了极大的关注。本工作采用双辊铸轧工艺制备Al-Mg-Si铝合金铸轧板坯,探究板坯不同位置的微观组织差异及其对板坯性能的影响,结果表明:板坯边部和心部的晶粒形貌差异明显,织构组成复杂,大量第二相沿晶界处不均匀分布,板坯内部存在明显的元素偏析。通过理论计算,铸轧板坯边部的织构强化贡献强度为10.7 MPa,晶界强化贡献强度为86.8 MPa,而铸轧板坯心部的织构强化贡献强度为15.1 MPa,晶界强化贡献强度为82.4 MPa,板织构和随机织构对于铸轧板坯的强度贡献有限,边部和心部的强度差异主要取决于晶界强化。板坯边部和心部存在不同程度的位错缠结,边部的位错密度高于心部,这与小角度晶界统计结果相一致。针对板坯组织不均匀性的特点,通过热力学计算,为板坯后续热处理制度提供了理论指导。

非等温时效对含银Al-Mg-Si合金多层摩擦表面显微组织和腐蚀行为的影响

研究非等温时效对添加不同银含量Al-Mg-Si合金多层摩擦表面显微组织和腐蚀行为的影响。通过在耗材棒横截面上钻孔的方式添加4%、8%和13%(质量分数)的银。采用光学显微镜和电子显微镜研究涂层的显微组织,采用显微硬度和拉伸实验研究涂层的力学性能,采用电化学测试研究样品的耐腐蚀性。结果表明,随着银添加量从4%(质量分数)增加到13%(质量分数),摩擦堆焊表面层的晶粒尺寸从(1.5±0.3)μm减小到(1.0±0.3)μm。铝基体中的溶质银能够加速Al-Mg-Si合金的析出动力学。经非等温时效处理后,含银涂层的屈服强度和抗拉强度分别比不含银涂层高50.6%和43.5%。经非等温时效处理后,材料的腐蚀电流密度降低,含银和不含银样品的耐腐蚀性均提高,含银涂层的耐蚀性比无银镀层提高了96.5%。

人工时效对Al-Mg-Si铝合金导线导电性能和力学性能的影响

设计了不同Si、Mg含量的中强度Al-Mg-Si合金导线,研究了人工时效对中强度铝合金导线导电性能、力学性能和显微组织的影响。研究表明：人工时效后,Al-Mg-Si合金中析出Mg2Si强化相和β-Al_9Fe_2Si_2相,β-Al_9Fe_2Si_2相使Mg2Si形状得到钝化,降低了因应力集中导致的晶间腐蚀,从而降低电阻率,提高了抗拉强度。含Mg0.6%,Si0.4%,Cu0.6%,Fe0.13%的ф4 mm铝合金导线,经过200℃×6 h时效处理后,导电率达到60.1%IACS,抗拉强度达到230MPa,均优于当前应用的ф4 mm的中强度铝合金导线。

挤压速度对Al-Mg-Si合金压溃性能的影响

【目的】铝合金吸能盒作为汽车防撞梁的关键部件,其压溃性能是产品重要的衡量指标,而挤压速度也是挤压工艺的重要参数,因此研究挤压速度对铝合金压溃性能的影响具有重要意义。【方法】课题组以6063铝合金为试验材料,重点研究了挤压速度对Al-Mg-Si吸能盒型材力学性能、布氏硬度、电导率、微观组织和压溃性能的影响。【结果】1)挤压速度越快,合金拉伸后屈服强度、抗拉强度和硬度越高,而延伸率逐渐下降,但电导率变化并不明显;2)型材挤压后均呈现粗晶层,随着挤压速度增加,再结晶晶粒逐步向型材内部扩散,这与变形金属和模具间摩擦力密切相关;3)挤压速度越快,经70%压溃试验后裂纹数量和尺寸越明显,这与型材再结晶程度相关,当挤压速度为3 mm/s时其压溃性能最好。

高导铝合金导线的研发与应用分析

高导电率铝合金导线的研发与应用,能够提升电能传输效率、减少电能损耗,可满足特高压、远距离、大容量的输电需求,对电力电子设备、航天航空事业发展也有着不可忽视的积极影响。因此对高导电率铝合金导线的研制流程、关键要素、研发成果进行系统全面地分析探讨,对实践场景应用状况进行详细地研究分析,最后提出一系列切实可行的改善措施,有助于推动高导电率铝合金导线的研制与应用,为我国电力传输事业的发展提供重要的技术支撑。

Cu含量对一种新型Al-Mg-Si合金晶间腐蚀的影响

采用浸泡腐蚀实验和电化学实验研究了Cu含量变化和热处理条件对一种新型舰载飞机用Al-Mg -Si合金的耐腐蚀性能的影响 .结果表明 ,添加Cu后 ,实验合金的腐蚀方式由点蚀转变为晶间腐蚀 ,且腐蚀程度随Cu含量的增加而严重 ;与欠时效和过时效状态相比 ,T6态对晶间腐蚀较敏感 ,与晶界析出相的连续分布有关 .电化学实验表明 ,所有实验合金均较快进入钝态 ;随Cu含量的增加 ,实验合金的自腐蚀电位向正向变化 ,腐蚀电流密度增加 ;随时效时间的延长 ,点蚀电位、晶间腐蚀的临界点位和自腐蚀电位逐渐向负向变化 .而点蚀电位和自腐蚀电位随时效时间呈抛物线变化 。

多重时效析出第二相对Al-Mg-Si合金电导率的影响

电导率的变化能够灵敏地反应Al-Mg-Si合金的时效析出过程,然而溶质原子及时效析出第二相对电导率的单独影响尚不清楚。Al-Mg-Si合金中含有3种成分和形貌不同的第二相。通过实验及模型化系统地研究Al-Mg-Si合金中多重析出第二相对其电导率的影响。结果表明:由于棒状β″相或针状β′相能够分别在473和523 K时有效地阻碍传导电子的移动,因此Al-Mg-Si合金的电导率主要依赖于棒状β″相(T=473 K)或针状β′相(T=523 K)的影响。模型预测结果与实验结果吻合良好,验证了模型的有效性。

Cu及热处理制度对Al-Mg-Si系合金晶间腐蚀敏感性的影响

采用浸泡腐蚀实验和电化学实验研究了强化元素Cu含量的改变及不同时效制度对Al Mg Si合金晶间腐蚀敏感性的影响 ,并利用XRD和SEM对腐蚀产物的构成及形貌进行了分析与观察。浸泡腐蚀实验结果表明 :在峰时效的状态下 ,在 0 .5 %Cu以上的合金中可观察到明显的晶间腐蚀 ,而且随着Cu含量的增加 ,合金最大腐蚀深度增加 ;在欠时效状态下 ,1%Cu以上的合金中观察到了微弱的晶间腐蚀 ;在过时效状态下 ,所有实验合金均只出现点蚀。电化学实验结果表明 :随着Cu含量的增加 ,合金的 φcorr向正的方向变化 ,Jcorr增加 ,欠时效状态下的 φcorr比峰时效状态下的负 。

含Er和Zr元素的Al-Mg-Si合金板材时效析出与强化行为

通过研究热处理工艺对Al-Mg-Si-Zr-Er合金组织与性能的影响,确定了合金板材的峰时效热处理工艺,探讨了合金的析出与强化行为。研究结果表明:540℃固溶1 h后,合金板材的析出相得到充分溶解,再结晶组织也未发生明显粗化;时效时,合金的析出相主要为Mg2Si、Al Cu Mg Si(Q相)和Cu Al2等;Er和Zr元素的加入促进了β″相析出,并使β″相变得更为细小弥散,从而缩短了时效时间,提高时效强化效果;合金的峰时效工艺为540℃固溶1 h,180℃时效5 h;合金的时效强化是位错切过机制和绕过机制的综合作用;合金的较高强度源于合金凝固组织细化、Al3(Er,Zr)粒子的弥散强化以及Er和Zr元素的加入促进β″相析出细化等共同作用的结果。

Er在Al-Mg-Si合金中的存在形式及其热力学分析

制备了3种不同铒元素含量的Al-Mg-Si合金,利用显微组织观察(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射物相分析(XRD)、硬度测试与差热分析(DSC)等分析测试手段,研究元素Er在Al-Mg-Si合金中的存在形式,并运用Miedema模型对Er在Al-Mg-Si合金中的热力学行为进行了分析。结果表明:在Al-Mg-Si合金中,Er元素的添加可以有效细化铸态晶粒,减小枝晶间距。Al-Mg-Si-Er合金凝固过程时可形成α(Al)+Er5Si3初生共晶组织,显微组织呈鱼骨状,合金中大量Er5Si3相的形成,使可时效析出的Mg2Si相减少,合金硬度值减小。原子亲和力和金属间化合物生成焓的计算结果显示Er-Si原子之间的亲和力大于Mg-Er和Al-Er原子之间的亲和力,且铒硅二元金属间化合物生成焓负值更大,熔点更高,因此,在Al-Mg-Si-Er合金中,Er原子与Si原子优先形成铒硅相。

微量Mn对Al-Mg-Si合金微观组织与拉伸性能的影响

研究了微量Mn对Al Mg Si合金的微观组织与拉伸性能的影响。结果表明 :微量Mn在Al Mg Si合金中主要以粒状α Al15(FeMn) 3 Si2 弥散相的形式存在 ,尺寸为 12～ 2 10nm ,均匀、弥散分布在基体中 ,有效地钉扎位错和亚晶界 ,抑制合金热挤压变形过程中的再结晶 ;均匀化处理过程中微量Mn可促进长针状 β Al9FeSi相向粒状α Al15(FeMn) 3 Si2 相转变 ,这种含Mn的α相弥散颗粒可作为合金时效强化相 β′(Mg2 Si)的非均匀成核位置 ,促进 β′相的析出 ,从而强化合金 。

固溶后冷变形对6082 Al-Mg-Si合金时效析出过程的影响

用TEM、电阻、力学性能试验等方法研究了固溶后的冷变形对6082铝合金时效析出过程的影响。结果表明,随着变形量的增加,材料达到时效硬化峰值的时间不断缩短,出现过时效的时间也不断缩短;形变强化在时效过程中没有明显的衰减,而固溶后的冷变形会使材料时效强化效果减弱。这主要是由于固溶后的冷变形造成材料中强化相的析出有先后,从而导致强化相对材料强度和硬度的贡献没有在同一时刻达到最大值。