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。

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。

Zr对铸造Al-Si-Cu-Mg合金时效硬化行为的影响

利用硬度测试、拉伸测试、DSC、TEM等手段研究了不同Zr含量对铸造Al-Si-Cu-Mg合金的强化相时效析出的影响。结果表明:Zr在不同时效期间的作用不同,前期推迟GP1区的形成,峰值时效期间促进富Cu相的析出,时效后期抑制富Cu相向平衡相转变;Zr的加入提高了合金的力学性能。

基于CALPHAD计算的铸造Al-Si-Cu-Mg合金热处理工艺优化研究

热处理工艺参数的优化在铸造Al-Si-Cu-Mg合金组织性能调控方面扮演着重要角色。本工作以铸造Al-Si-Cu-Mg合金为研究对象,利用热力学计算和实验相结合的方法对合金的热处理工艺参数进行优化设计。热力学计算和差示扫描量热法(DSC)结果表明,Al-Si-Cu-Mg合金低熔点共晶相Al_(2)Cu相的形成温度是501℃,并且通过热力学软件动力学模块计算可知Si、Mg和Cu元素在495℃固溶温度下5 h内能够达到均匀化扩散。随着固溶温度的升高和时间的延长,共晶硅发生熔断、球化和粗化长大现象。另外,显微硬度受固溶程度以及共晶硅形貌的影响,在固溶过程中随着固溶温度的升高和时间的延长先升高后降低。当固溶温度为495℃、固溶时间为12 h时,显微硬度达到最大值(70.8±1.0)HV,球状共晶硅的Feret直径为2.8μm。在170℃下对合金进行时效处理时,合金的显微硬度逐渐升高,当时效时间为5 h时达到峰时效,其显微硬度达到(119.0±5.7)HV。

Cu、Mg对Al-Si-Cu-Mg合金力学性能的影响

通过调整Cu(3.0%～3.8%)、Mg(0～0.4%)的含量,研究了在砂型铸造条件下Cu、Mg含量对Al-Si-Cu-Mg合金力学性能的影响。结果表明,少量的Mg(0.2%～0.3%)能有效提高合金的强度,Cu为3.5%、Mg为0.3%时合金的性能最佳,室温抗拉强度和伸长率分别为355MPa和5%。

铸造Al-Si-Cu-Mg合金最佳热处理工艺的研究

通过对高强度铸造Al-Si-Cu-Mg合金热处理工艺参数的研究发现:合金的硬度随着固溶温度的提高逐渐增大,且达到硬度峰值的时间逐渐缩短,但高于525℃固溶处理时,反而下降;一定温度以上时效处理时,合金的时效曲线上出现了双硬度峰,且第一个峰大于第二个峰。随着合金时效温度的升高,合金的硬化速度加快,但硬化能力下降。通过热处理工艺参数的正交实验发现,时效温度对合金强度的影响最为显著,而对合金伸长率影响最为显著的是固溶温度。综合考虑各因素中不同水平的优劣,确定Al-Si-Cu-Mg合金的最佳热处理工艺为:525℃×12 h+175℃×6 h。

Si、Cu、Mg对亚共晶Al-Si-Cu-Mg合金力学性能的影响研究

根据正交实验结果建立了Si、Cu、Mg三元素与铸造Al-Si-Cu-Mg合金力学性能之间关系的回归方程,并结合扫描电镜和能谱仪对该合金的组织进行分析。结果表明:在三个元素中,Cu对抗拉强度影响最大,而Mg对抗拉强度影响最小;Si和Mg以及Cu和Mg的交互作用生成多种弥散强化相,从而对抗拉强度的影响较为显著;Cu对伸长率影响最小,Mg对伸长率影响最大,且呈负面影响;Cu、Mg交互作用生成Al5Mg8Cu2Si6等弥散相,降低了Cu、Mg在基体中的固溶强化作用,从而对伸长率影响较大。

Sc对金属型铸造Al-Si-Cu-Mg合金疲劳行为的影响

为了确定稀土元素Sc对金属型铸造Al-Si-Cu-Mg合金低周疲劳行为的影响规律,针对含Sc和不含Sc的金属型铸造Al-Si-Cu-Mg合金的低周疲劳行为进行了对比研究.结果表明,当外加总应变幅较高时,金属型铸造Al-Si-Cu-Mg合金和Al-Si-Cu-Mg-Sc合金均呈现循环应变硬化现象,而在低的外加总应变幅下,稀土元素Sc对合金的循环应力响应行为产生较大影响,其中Al-Si-Cu-Mg合金在疲劳变形初期表现为循环应变硬化,在疲劳变形后期则表现为循环稳定,而Al-Si-Cu-Mg-Sc合金在整个疲劳变形期间均发生循环应变硬化.此外,稀土元素Sc的加入可以有效提高金属型铸造Al-Si-Cu-Mg合金的循环变形抗力和低周疲劳寿命.

Cd对铸造Al-Si-Cu-Mg合金时效过程的影响

合金元素Cd的添加促进了铸造Al-Si-Cu-Mg合金的时效过程,提高了合金的峰时效硬度,加快了合金的硬化速度.当加入0.27％Cd时,合金的强度提高了20％;但加入量继续增大,强度反而降低. SEM,DSC和TEM分析显示,Cd加快了亚稳相的析出,较早地形成了细小而密集的亚稳相;同时,较大的富Cd相、少量稳定相和过剩硅相质点的均匀析出,对合金起到了第二相强化的作用.在这两类析出相的共同作用下,合金获得了高的峰时效强度.但当合金中Cd的含量超过0.27％时,会形成一些富Cd的多元相和纯Cd质点,这些相的出现导致了合金机械性能的下降.

Sn和热处理对Al-Si-Cu-Mg合金组织与耐磨性的影响

研究了添加Sn和热处理对过共晶Al-Si-Cu-Mg合金(A390)显微组织与耐磨性的影响并对其机理进行了探讨。结果表明,铸态合金中的β-Sn相主要以颗粒和条状的形式存在于网状的Al2Cu相内,分布于Si相及α-Al相的晶界。在固溶时效处理过程中Sn促进共晶和初生Si相的球化;β-Sn相合并、聚集,一些形成Sn包Si的结构。铸态和热处理态的含Sn合金的磨损率和摩擦系数都小于无Sn合金的;和铸态相比,热处理后合金展现出低的磨损率和优良的耐磨性能。在低载荷下,Sn的添加使铸态A390合金从磨粒磨损和粘着磨损转变为单一的微弱磨粒磨损。在高载荷下,无Sn铸态合金的磨损方式包括磨粒磨损、粘着磨损和疲劳磨损,加入Sn后有效地抑制和避免了网状裂纹和疲劳磨损的产生。

Er元素对Al-Si-Cu-Mg合金的显微组织及其低周疲劳行为的影响

为了确定稀土元素Er对固溶+时效处理后金属型铸造Al-Si-Cu-Mg合金的显微组织及低周疲劳行为的影响,研究了Al-Si-Cu-Mg合金和Al-Si-Cu-Mg-Er合金的显微组织及低周疲劳行为。显微组织观察结果表明:在合金中加入0.30%的Er元素后,可有效细化固溶+时效态合金组织,并促进θ'相的析出;低周疲劳结果表明:当外加总应变幅为0.25%时,Al-Si-Cu-Mg(-Er)合金在疲劳变形初期间表现为循环应变硬化,在疲劳变形后期则表现为循环稳定;而在其它外加总应变幅下,Al-Si-Cu-Mg(-Er)合金在整个疲劳变形过程中均表现为循环应变硬化。加入0.30%的稀土元素Er后可有效提升固溶+时效态Al-Si-Cu-Mg合金的低周疲劳寿命和循环变形抗力。

铸造Al-Si-Cu-Mg合金富铜相及其溶解特性

通过相图计算、示差量热（DSC）和背散射SEM-EDX分析,对铸造Al-7Si-xCu-0.5Mg（x=1.5%,2.5%,3.5%,4.5%）合金中富铜相及其溶解特性进行了研究.结果表明,在非平衡结晶条件下,铸造Al-7Si-xCu-0.5Mg合金分别在525℃及510℃附近都会发生多元共晶反应,共晶组织中富铜相主要为沿晶界分布的Al2Cu相.含1.5%,2.5%Cu合金的多元共晶反应和含3.5%Cu合金在510℃的四元共晶反应均属非平衡共晶反应,经500-505℃、一定时间初级固溶处理后,这些非平衡共晶富铜相均可溶入基体,使合金起始熔化温度升高.而3.5%Cu合金在525℃附近和4.5%Cu合金的多元共晶反应均属平衡结晶过程.

铸造Al-Si-Cu-Mg合金多级时效工艺参数优化

将ZL111合金分别进行单级时效及不同工艺参数的多级时效热处理工艺,利用万能试验机、布氏硬度测试(HB)、光学显微镜(OM)及扫描电子显微镜(SEM)等方法系统地研究不同时效热处理工艺后的力学性能、硬度、微观组织及断口情况的变化规律。采用正交试验法梳理了多级时效工艺参数对ZL111合金力学性能的影响程度,并筛选出对抗拉强度、屈服强度、延伸率及硬度影响最大的参数。结果表明:与单级时效工艺相比,多级时效工艺可显著改善ZL111合金的伸长率,最高可达单级时效的2.86倍,对抗拉强度、屈服强度及硬度改善能力相对较弱。固溶时效处理后α-Al基体与共晶体分布均匀,共晶硅为点状,且存在一定量的富铁相;拉伸断口无明显颈缩现象,裂纹源生成于断口表面,第二相质点多为球状及棒状,空洞在第二相处形成,在正应力作用下形成等轴韧窝。与单级时效相比,多级时效后析出相尺寸较小,数量较多,分布较均匀;此外,韧窝较深,综合尺寸较大。

锶和硼复合变质对Al-Si-Cu-Mg合金组织及力学性能的影响

对比研究了未变质、锶变质、硼变质、锶和硼复合变质对铸态与T6态Al-6Si-3Cu-0.3Mg合金组织与力学性能的影响;考察了复合变质条件下,锶含量(0.025%,0.050%,0.075%,质量分数)对合金组织与力学性能的影响。结果表明:锶变质、硼变质、锶和硼复合变质均可细化铸态与T6态合金组织,提高其抗拉强度,其中复合变质效果最为显著;与未变质处理合金的相比,复合变质铸态合金的抗拉强度和伸长率分别提高了3.71%和13%,T6态合金的抗拉强度提高了33.6%,但伸长率降低了41.9%;复合变质条件下,随着锶含量的增加,铸态合金中初生α-Al粗化,抗拉强度总体变化不大;T6态合金中共晶硅平均长度随锶含量增加先减小后增大,抗拉强度逐渐升高;锶含量为0.025%,共晶硅尺寸最小,复合变质合金塑性最好。

发动机用Al-Si-Cu-Mg合金热处理工艺优化设计

热处理对铸造Al-Si-Cu-Mg合金的强化起到至关重要的作用。针对某公司的铸造Al-Si-Cu-Mg合金热处理过程所需时间长的问题,研究了不同固溶温度、固溶时间组合以及不同时效温度、时效时间组合对于该合金显微组织和力学性能的影响,最终优化出更合理的热处理工艺制度:500℃×6 h+520℃×8 h固溶处理+170℃×7 h时效处理。

Mg和Cu对铸造Al-Si-Cu-Mg合金组织与性能的影响

通过OM、SEM、T6热处理、拉伸性能测试等方法,研究了Cu、Mg等合金元素对Al-Si-Cu-Mg合金微观组织与力学性能的影响。研究表明,Al-Si-Cu-Mg合金中,Al_2Cu和Q-Al_5Cu_2Mg_8Si_6是主要强化相。Cu、Mg含量增加可以很大程度提高Al-Si合金的强度,但合金的伸长率会降低。经T6(520℃×10 h固溶+170℃×6 h时效)热处理,Al-Si-Cu-Mg合金的强度与韧性均有所提高,当Cu/Mg为4时,抗拉强度、屈服强度及伸长率分别达到426.7 MPa、294.9 MPa和6.3%。

钕对铸造Al-Si-Cu-Mg合金力学性能的影响

微量合金元素Nd的添加延缓了Al-Si-Cu-Mg合金的时效过程,细化了强化相,提高了合金时效硬度。当加入0.30%Nd,合金的强度提高了18%,但加入量继续增加,强度下降。分析显示,Nd的加入延缓了亚稳相的析出。富Nd相化合物,少量稳定相和过剩硅相质点的均匀析出,对合金起到了第二相强化的作用。在这两类析出相的共同作用下,合金获得了高的峰时效强度,但当合金中的Nd的含量超过一定量时,会形成一些富Nd的多元相和纯Nd质点相,这些相的出现导致了合金力学性能的下降。

镍和锰对Al-Si-Cu-Mg合金凝固组织及时效硬化的影响

采用DSC差热分析及急冷试验方法并辅以微区成分分析 ,探讨了Ni和Mn对Al Si Cu Mg四元合金凝固组织、凝固过程及时效硬化特性的影响。Ni的加入量达 4%以上时 ,在组织中将形成初晶型Al Ni Cu三元化合物和共晶型Al Ni Cu三元化合物 ,若同时添加Mn ,则还会结晶出共晶型的Al Si Cu Ni Mn五元化合物 ;Ni和Mn的加入可以加快Al Si Cu Mg合金的时效硬化速度 ,同时又可推迟过时效现象的出现 ,有利于合金耐热性的提高。

合金元素对铸造Al-Si-Cu-Mg合金机械性能的影响

应用一元回归正交试验的方法研究分析了Si、Cu、Mg对Al-Si-Cu-Mg铸造合金机械性能的影响,在试验区域内建立了这三种元素含量与机械性能的关系式。考察了不同细化条件对合金性能的作用效果。同时还试验研究了两种微量元素Gd、La对合金机械性能的影响,分析了其作用机理。

高强度铸造Al-Si-Cu-Mg合金时效特性的研究

研究了354合金的时效强化行为。试验结果表明,随着时效温度的升高,时效硬化速率增加而时效硬化能力降低。同时发现,在一定温度以上时效,其硬化曲线上出现了两个硬化峰,并且第一个峰值大于第二个峰值。透射电镜试验分析证实,时效硬化的"双峰"现象与时效析出相的析出序列有关,第一个硬化峰主要是由GP区(主要为GPⅡ区)的强化引起的,而第二个时效硬化峰则主要是由亚稳相θ′(Al2Cu)和β′(Mg2Si)的强化效果造成的,同时孕育期较长的S′(Al2CuMg)相的析出也可能是引起第二个峰值的一个重要原因。