硅和镁质量分数对Al-Si-Mg合金机械力学性能参数影响的计算分析

基于第一性原理,利用CASTEP模块,通过虚拟晶体近似的方法建模,采用GGA+PBE泛函关联函数,研究了Al-Si7-Mg X(X=0.1~0.5)、Al-Si X-Mg0.3(X=6~9)合金中的Si、Mg质量分数的变化对机械力学性能参数的影响。研究表明,随着研究组元质量分数的增加,晶格常数有所减小,最大值与最小值相差约0.265%;弹性常数C_(11)、C_(12)、C_(44)满足结构稳定性条件;体积模量B、剪切模量G、杨氏模量E、泊松比u随着A356中Si、Mg质量分数变化而变化;Mg质量分数的变化对剪切模量G、杨氏模量E的影响比Si质量分数的变化更敏感。计算结果与现有实验数据对比表明,计算结果接近实验数据,第一性原理计算Al-Si-Mg合金材料参数可行。

Sr及热处理对Al-Si-Mg合金共晶硅形貌与材料性能的影响研究

研究了Sr变质及不同热处理状态对Al-Si-Mg系合金组织构成、共晶硅形貌、力学性能及断裂模式等方面的影响,提出通过调控共晶硅形貌及减少Al(Fe,Mn)Si等硬脆相数量及尺寸,改善Al-Si-Mg系铸造合金塑性的途径。结果表明,添加Sr后,相互交叉呈“直片状”的共晶硅变质为“细小羽毛状”形态,合金断后伸长率提升137%,强度提升不明显;热处理可通过对共晶硅的熔断与球化,实现铝合金断裂模式与力学性能的改变,人工时效处理可提升合金屈服强度73%,固溶处理可提升合金断后伸长率97%,淬火温度对2#铝合金T6处理的力学性能影响较大,淬火温度为530℃时,经200℃人工时效处理后,铝合金抗拉和屈服强度分别较铸态提高14%和100%,断后伸长率与铸态持平,显示出较为优良的综合力学性能。

固溶处理时间对铸造Al-Si-Mg合金低温力学性能的影响

对铸造Al-7Si-0.3Mg合金进行了20℃、-20℃和-60℃的拉伸试验,研究了固溶时间对其力学性能和显微组织的影响,并分析了Si相对断裂行为的影响及其作用机理。结果表明,随着固溶时间的延长,合金在20℃、-20℃和-60℃下屈服强度、抗拉强度和伸长率都呈先增加后降低的趋势,在固溶时间为10 h时取得最大值。随着固溶时间的延长,合金中Si相的尺寸和长宽比有所减小,在固溶时间为10 h时,合金中尺寸较小的Si相主要呈颗粒状,继续延长固溶时间至15 h时,Si相的尺寸和长宽比增加。随着试验温度的降低,Si相附近的滑移带数量呈现逐渐减少的趋势,较低温度下合金断口附近出现了较多的断裂Si相,但是相对而言,固溶时间为10 h的断裂Si相处的裂纹较小,且断口以小解理平面和韧窝为主,韧性相对未固溶时更好。

冷铁工艺对Al-Si-Mg合金二次枝晶间距及致密度的影响

基于Al-Si-Mg合金的树脂砂铸造过程,研究了冷铁工艺对Al-Si-Mg合金铸件二次枝晶间距(SDAS)及致密度的影响。分析不同条件下铸件的凝固过程,研究了冷铁厚度、冷铁安放位置的改变对铸件二次枝晶间距的影响,考察了冷铁的热容量对铸件二次枝晶间距的影响;试验得到不同厚度冷铁的有效作用距离,在此基础上并结合试验结果,绘制了铸件模数、铸件长度及应加冷铁厚度之间的综合关系网络图,为指导实际生产提供了科学依据。

Al-Si-Mg合金的晶粒细化工艺及细化机理研究

通过对Al-5Ti-1B中间合金细化作用的实验研究发现,Al-Si-Mg合金晶粒尺寸明显减小,合金的力学性能提高,尤其是伸长率,并且具有很好的抗衰退能力。细化作用是由于Al3Ti与稳定的TiB2颗粒共存于熔体中,并且Al3Ti在硼化物的{0001}基面上形成稳定的膜。α-Al的生核发生在Al3Ti膜上。α-Al仅限于在{0001}晶面上生核,表明决定生核效率的主要因素是{0001}晶面的面积。

Al-Ti-B-Sr对Al-Si-Mg合金的变质细化作用

用快速凝固和热变形处理的Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ－Ｓｒ中间合金，对Ａｋ－Ｓｉ－Ｍｇ铝轮毂材料进行处理。试验结果表明：Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ－Ｓｒ中间合金可以对Ａｌ－７Ｓｉ－ ０．３５ Ｍｇ合金有效地细化与变质；改善Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ－Ｓｒ的细化与变质效果，Ａｌ－Ｓｉ－Ｍｇ合金的抗拉强度和延伸率较Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ、Ａｌ－Ｓｒ两种中间合金分别加入时提高了约１０％和２５％。

离心铸造工艺参数对Al-Si-Mg合金初晶颗粒形貌的影响

采用离心铸造方法分别在不同工艺条件下制备了Al-Si-Mg合金筒状零件。金相组织观察发现:合金中块状、颗粒状的初晶Mg2Si颗粒随工艺参数(浇注温度、模具温度和离心转速)的变化分别呈现出十字状或雪花状形态;而初晶Si颗粒则随着离心转速的逐渐增大由不规则的多边形团絮状向规则的多边形转变。初晶Mg2Si颗粒的形貌特征发生变化与晶粒完整的生长过程被打断、破坏有关。

快速凝固对Al-Si-Mg合金复合变质的影响

Al-Si-Mg合金通过加入细化剂Al-1Ti-1B中间合金或细化剂Al-3Ti-3B中间合金及变质剂Al-9Sr中间合金进行复合变质后,分别在空气中、水中和液氮中冷却凝固。利用扫描电子显微镜,研究凝固速度对共晶Si相、α(Al)树枝晶形态的影响。结果表明:随着试样在空气中、水中及液氮中凝固速度的不断提高,复合变质后共晶Si相进一步细化,α(Al)树枝晶的二次枝晶间距明显减小。

工艺因素对铸造Al-Si-Mg合金机械性能的影响

杂质元素、净化、晶粒细化、变质处理和热处理等工艺因素对铸造Al-Si-Mg合金机械性能会产生一定的影响 ,提高这类合金机械性能的途径有控制杂质元素、对合金液进行有效的净化、采用合理的合金化和热处理。

机加工材料Al-Si-Mg合金超塑性变形及微观组织研究

以新型机加工材料Al-Si-Mg合金铸件为研究对象,在Instron5500电子万能材料试验机上进行超塑性拉伸试验,研究了合金在不同温度和应变速率下的超塑性变形及合金微观组织。结果表明,随着温度升高,合金的伸长率和真应力不断增加,应变速率敏感指数也随着增加,合金流动活化能不断减小,合金超塑性变好;在合金挤压过程中,铸态合金中含有纤维球状的共晶硅颗粒,随着热处理的不断进行,共晶硅颗粒不断细化且均匀分布,横向截面的共晶硅颗粒比纵向截面的共晶硅颗粒密集,经过人工时效处理后,合金中共晶硅颗粒不断增加,强度不断增加,伸长率逐渐减小。

铸造Al-Si-Mg合金凝固过程热裂纹的计算机模拟

对铸造Al-Si-Mg合金凝固过程热裂纹的产生进行了计算机模拟与实验验证。结果表明,在相同的浇注温度下,适当提高铸型的预热温度可以一定程度上抑制热裂纹的形成。在相同的铸型预热温度下,提高浇注温度可以在一定程度减小热裂纹形成倾向。通过计算机模拟得到的Al-Si-Mg合金凝固过程热裂纹的产生位置和热裂纹形成倾向与实验结果保持了良好的一致性。

冷轧变形对建筑用Al-Si-Mg合金板材组织与性能的影响

采用金相显微镜、透射电镜、硬度测试、拉伸试验等研究了0~75%不同变形量冷轧的Al-1.2Si-0.5Mg合金的微观组织与力学性能。结果表明:随着冷轧变形量的增加,Al-1.2Si-0.5Mg合金晶粒沿轧制方向被逐渐拉长,析出相尺寸逐渐减小,数量逐渐增加。冷轧变形量达到75%时,合金晶粒被完全破碎。随着冷轧变形量的增加,Al-1.2Si-0.5Mg合金的硬度、强度逐渐提高,塑性逐渐下降。75%冷轧的Al-1.2Si-0.5Mg合金的硬度和强度均达到峰值,其硬度、抗拉强度和屈服强度分别为118.3 HV、336.4 MPa和264.5 MPa,其伸长率为17.1%。

细晶Al-Si-Mg合金的组织遗传性与高屈服强度设计

常规Al-Si-Mg合金铸锭(如A356铸棒)晶粒异常粗大,重熔后导致铸件存在微观缩松、组织成分不均匀、合金性能较差等问题,因此有效控制其晶粒尺寸至关重要。将细晶A356铝合金重熔,研究其组织遗传性,并通过电子探针(EPMA)表征形核质点、差式扫描量热(DSC)分析其凝固过程,揭示了其遗传机理,且利用该细晶(A356铝合金)设计了高强度的Al-Si-Mg合金。研究结果表明,细晶A356铝合金重熔后仍为细晶组织,其平均晶粒尺寸为74.9μm。该种铝合金α-Al晶粒的中心处含有三元TiCB化合物粒子(TCB),合金重熔后即使经过长时间保温该粒子仍可稳定存在于熔体中,能够降低合金的形核过冷度,对α-Al起到形核作用,因此其细化效果得以保留,使细晶组织具有遗传性。此外,重熔后的细晶A356铝合金的抗拉强度为312.5 MPa,延伸率达到12.5%;在此基础上加入少量Mg以进一步提高其强度,设计得到的Al-Si-Mg合金的力学性能优异,特别是在延伸率为3.9%的情况下,Al-7Si-0.8Mg合金的抗拉强度和屈服强度分别高达386.4 MPa、352.9 MPa。

高强韧Al-Si-Mg合金材料设计与制备

为获得高强韧Al-Si-Mg合金,以亚共晶Al-Si-Mg合金为研究对象,探究了ASN晶种合金对其组织及室温力学性能的影响。试验结果表明:未添加ASN晶种合金时,Al-Si-Mg合金中α-Al晶粒粗大,枝晶发达,共晶组织分布不均匀;而向Al-Si-Mg合金中添加1%的ASN晶种合金后,α-Al晶粒得到一定细化,枝晶生长受到抑制,共晶组织分布较弥散均匀;此外,引入ASN晶种合金后,Al-Si-Mg合金的布氏硬度由HBW107.8提升至HBW127.4,提高了18.2%;室温抗拉强度由325 MPa提升至390 MPa,屈服强度由240 MPa提升至345 MPa,分别提高了20.0%和43.8%。ASN晶种合金有效地改善了Al-Si-Mg合金的组织,提高了其室温力学性能,从而获得了高强韧Al-Si-Mg合金。

Si含量对Al-Si-Mg合金铸造流动性、热导率和力学性能的影响

采用金相显微镜、激光导热仪、拉伸试验机和扫描电镜,研究了Si含量对Al-Si-Mg合金铸造流动性、热导率和力学性能的影响。结果表明:随着Si含量的提高,由于共晶液相的增加和α-Al枝晶的细化,使Al-Si-Mg合金的铸造流动性获得提高,而晶界上共晶Si和Mg2Si相数量的增加,又使Al-Si-Mg合金的抗拉强度得到提高,但伸长率和热导率有所下降。当Si含量为3.23%时,Al-Si-Mg合金的铸造流动性试样长度为784 mm,热导率为186.3 W/m·k,抗拉强度和伸长率分别为236 MPa和9.2%。

超低温时效处理对Al-Si-Mg合金组织与性能的影响

本文创新性地研究了另一种极端条件下的时效——超低温时效工艺对Al-Si-Mg合金组织和性能的影响,与常规传统的时效处理进行了对比。研究发现,通过超低温时效处理,可以获得比传统的时效处理更细的析出强化相、更高硬度、更高强度的Al-Si-Mg合金。

Ti系细化剂及T6热处理对Al-Si-Mg合金组织与力学性能的影响

文章研究了添加0.2%Ti含量的Al-Ti、Al-Ti-B和Al-Ti-C三种晶粒细化剂对Al-Si-Mg合金组织和力学性能的影响。结果表明,含Ti细化剂降低了晶粒尺寸和二次枝晶间距。Al-Ti和Al-Ti-C改善共晶硅的形貌,提高合金的力学性能。但Al-Ti-B与合金中Sr产生毒化作用,使得共晶Si呈粗大的板片状,合金的铸态性能显著下降。铸态及T6态下,添加Al-Ti-C细化剂的合金均具有最高的强度与伸长率,T6态下,其抗拉强度为285 MPa,屈服强度为251 MPa,延伸率为5.5%。

Sr变质对铸造Al-Si-Mg合金组织与性能的影响

采用扫描电镜、拉伸试验机和激光导热仪,研究了Sr变质处理对Al-3.2Si-0.8Mg合金显微组织、铸造流动性、力学性能与导热系数的影响。结果表明,随着Al-10Sr合金添加量的增加,共晶Si逐渐细化,Al-3.2Si-0.8Mg合金的铸造流动性、抗拉强度、伸长率和导热系数逐渐提高。当Al-10Sr合金添加量为0.4%时,Al-3.2Si-0.8Mg合金的铸造流动性试样长度为922mm,抗拉强度和伸长率分别为243MPa和11.3%,导热系数为187.6W/(m·k),与未变质处理相比,Al-3.2Si-0.8Mg合金的铸造流动性提高了8.2%,抗拉强度和伸长率分别提高了3.8%和11.9%,导热系数提高了3.1%。

铸造Al-Si-Mg合金的时效特性及形变机制

研究了ＡｌＳｉＭｇ系Ａ３５７合金在不同时效状态下的显微组织、力学性能及形变特性。结果表明，时效条件不同，合金的强塑性配合不同，１６５℃短时时效，强塑性搭配较好；１５５℃，４ｈ预时效，再经１７５℃，１２ｈ最终时效，进一步提高合金强度的同时，保证了塑性。不同温度下短时时效，析出物均为ＧＰ区，形变以位错切过的方式进行；长时时效，析出物均为β相，形变以位错绕过的方式进行。双级过时效处理，改善了β相的析出形态。

Si含量对Al-Si-Mg合金铸造组织与性能的影响

通过金相显微镜、激光导热仪、拉伸试验机和扫描电镜等测试方法,研究了Si含量对铸造Al-SiMg合金流动性、导热系数与力学性能的影响.结果表明:随着Si含量的提高,共晶液相增加和α-Al枝晶晶粒细化,α-Al晶界上Mg_2Si强化相和共晶Si数量增加,合金的铸造流动性和抗拉强度提高,伸长率和导热系数下降.当Si质量分数提高到3.23%时,Al-Si-Mg合金的铸造动性试样流长度为784mm,抗拉强度和伸长率分别为236 MPa和9.2%,导热系数为186.3 W/m·k.