Synergistic effect of gradient Zn content and multiscale particles on the mechanical properties of Al-Zn-Mg-Cu alloys with coupling distribution of coarse-fine grains

This study investigated the influence of graded Zn content on the evolution of precipitated and iron-rich phases and grain struc-ture of the alloys,designed and developed the Al–8.0Zn–1.5Mg–1.5Cu–0.2Fe(wt%)alloy with high strength and formability.With the increase of Zn content,forming the coupling distribution of multiscale precipitates and iron-rich phases with a reasonable matching ratio and dispersion distribution characteristics is easy.This phenomenon induces the formation of cell-like structures with alternate distribu-tion of coarse and fine grains,and the average plasticity–strain ratio(characterizing the formability)of the pre-aged alloy with a high strength is up to 0.708.Results reveal the evolution and influence mechanisms of multiscale second-phase particles and the corresponding high formability mechanism of the alloys.The developed coupling control process exhibits considerable potential,revealing remarkable improvements in the room temperature formability of high-strength Al–Zn–Mg–Cu alloys.

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。

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。

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。

细化变质对免热处理压铸Al-Zn-Si-Cu合金组织及性能的影响

采用压铸成形工艺制备Al-Zn-Si-Cu合金,研究陶瓷纳米增强颗粒(TiC/TiB_(2))和Al-10Sr变质剂对免热处理压铸Al-Zn-Si-Cu合金力学性能、导热/电性能、显微组织的细化变质效果。结果表明,单独添加0.5%陶瓷纳米颗粒后,与未添加细化剂的合金相比,α-Al相得到明显细化,呈近蔷薇状,纤维状共晶Si相更加致密,短棒状Al_(2)Cu相更加细小,且Zn、Si、Cu元素在基体中含量增加,此时力学性能得到提升,导热/电性能略有下降,主要是由于溶质元素的增加导致晶格发生畸变程度变大,增大电子散射能力的同时减小电子的平均自由程,使得金属的导热和导电能力下降;经0.5%陶瓷纳米颗粒和0.1%Al-10Sr中间合金共同作用后,共晶Si相棱角钝化,基体中溶质元素含量进一步增加,此时合金力学性能达到最佳,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为361 MPa,213 MPa和6.8%,热导率为118.73 W/(m·K)。

HPT工艺参数对Al-Zn-Mg-Cu合金强韧化机理研究

针对A1-Zn-Mg-Cu合金进行了HPT变参数正交实验,以探讨HPT工艺参数对合金力学性能的影响。通过多角度力学性能测试,包括抗拉强度和延伸率等,与常温试件的力学性能进行了比对,分析了变化规律;利用SEM对A1-Zn-Mg-Cu合金在高温下的断口形态进行观察,以揭示高温高压下A1-Zn-Mg-Cu合金的破坏机制。研究内容将为该技术在工业上的推广与应用奠定一定的理论与技术基础。

Al-Zn-Mg-Cu系铝合金增材制造研究进展

Al-Zn-Mg-Cu系(即7xxx系)铝合金是军民两用最为广泛的一类超高强度铝合金,Al-Zn-Mg-Cu系铝合金增材制造技术具有复杂零件精密成形与轻量化设计等显著优势,市场需求广泛。本文综述了Al-Zn-Mg-Cu系合金增材制造技术的研究进展,总结了国内外增材制造7075铝合金目前存在的问题和改进措施。对7075铝合金增材制造技术未来的研究热点和发展方向进行了展望。

超声振动对Al-Zn-Mg-Cu合金时效组织和性能的影响

基于自制的超声振动装置对Al-Zn-Mg-Cu合金进行超声振动时效,采用室温拉伸试验、显微硬度测试、电导率测试、金相显微镜和扫描电子显微分析(SEM)等手段,采用单因素实验设计研究超声振动时效时间和时效制度对Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能的影响。结果表明:施加超声振动促进析出相的生长,随着超声振动时效时间的延长,合金电导率逐渐升高,硬度和抗拉强度逐渐降低,伸长率略微增加。金相分析表明超声振动的激振应力切割粗大的第二相粒子,使得黑色颗粒变小,最后溶解或消失。施加超声振动对晶粒大小、形状和数量无明显影响。同时激振应力使得位错塞积开通,降低位错密度,降低残余应力。通过SEM显微镜对拉伸断口观察发现随着施加超声振动时间的延长,韧性断裂的特征更明显,韧窝数量显著增多,韧窝尺寸变大,深度变深。

Al-Zn-Mg-Cu系铝合金厚板截面色差原因分析及工艺改进

针对Al-Zn-Mg-Cu铝合金厚板截面阳极氧化过程中出现的色差缺陷问题,通过金相显微镜、扫描电镜、布氏硬度计及氧化膜测试仪等多种检测仪器,对缺陷进行了定性分析,确定了色差产生的根本原因,并开展了不同轧制工艺对Al-Zn-Mg-Cu铝合金厚板截面再结晶组织的影响研究。结果表明:Al-Zn-Mg-Cu系厚板色差缺陷产生的根本原因与整个截面再结晶组织分布不均匀有关;精确控制轧制工艺可有效改善厚度截面的色差现象,获得满足要求的产品。

基于短流程热处理的电磁铸轧Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能研究

利用金相显微镜、扫描电镜和拉伸试验研究了适用于电磁铸轧Al-Zn-Mg-Cu合金的短流程轧制-热处理工艺路线。首先,通过电磁复合场、Al-5Ti-B晶粒细化剂和Ti微合金化,获得了组织均匀、无中心偏析以及带状晶间偏析细小的电磁铸轧Al-Zn-Mg-Cu合金。其次,基于轧制破碎粗大结晶相和第二相粒子诱发形核(particle stimulated nucleation, PSN)再结晶效应,设计了电磁铸轧Al-Zn-Mg-Cu合金的短流程工艺路线。该短流程工艺路线实现了结晶相的细化和短时间快速溶解,可充分利用PSN效应,T6样品获得了细小、均匀的再结晶组织以及较弱的Cube-ND织构。最后,短流程工艺路线不仅省略了长时间均匀化工艺,其T6样品还获得了良好的强塑性,屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为460 MPa、521 MPa和12.3%。

双阶段均匀化对铸轧Al-Zn-Mg-Cu合金Al_(3)Zr析出的影响

研究了均匀化制度对双辊铸轧Al-Zn-Mg-Cu合金Al_(3)Zr相析出行为及再结晶的影响,以及Al_(3)Zr析出和再结晶程度对合金力学性能和耐晶间腐蚀性能的影响.结果表明,相比于传统的单阶段均匀化,双阶段均匀化的第一阶段为Al_(3)Zr的析出提供了更大的形核驱动力和更多的非均匀形核质点,促进了Al_(3)Zr的析出.此外,不同的升温速率对Al_(3)Zr的析出也有影响,缓慢的升温速率有利于细化Al_(3)Zr尺寸,增加Al_(3)Zr的数量密度和体积分数.固溶处理时,Al_(3)Zr相f/r值的变化导致了不同的再结晶抗力,因此在T6处理后双阶段均匀化的试样再结晶组织比例降低,大角度晶界数量减少.Al_(3)Zr相f/r值以及显微组织的变化对合金力学性能的影响较小,显著提高了合金的抗晶间腐蚀性能.

均匀化退火工艺对Al-Zn-Mg-Cu-Zr高强合金第二相的影响

研究了不同工艺均匀化退火过程中Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中组织、低熔点结晶相和弥散相的演变规律。结果表明:铸态Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金中主要结晶相为AlMgZnCu四元相,均匀化退火后该相部分消除。均匀化退火过程中,随着温度的提高及时间的延长,合金中的非平衡结晶相逐渐溶解,未溶结晶相的体积分数降低。弥散相Al3Zr的尺寸及分布取决于均匀化退火过程中的升温速度,在缓慢升温条件下,弥散相Al3Zr的尺寸细小,分布比较弥散,密度高,合金的电导率最低;随着升温速度提高,Al3Zr相的析出数量减少,尺寸增加,析出相的密度降低,合金的电导率升高。二段均匀化退火后,弥散相Al3Zr的尺寸更加细小,密度更高,平均直径为15 nm,密度为1.27×10^(15)/cm^(3)。

Cu-4Ag合金微细丝拉拔极限预测模型

采用三室真空冷型竖引连铸设备制备了Cu-4Ag合金铸态杆坯,并利用连续冷拉拔变形得到了不同线径的Cu-4Ag合金微细丝,通过拉拔实验获取了不同线径下材料的屈服强度和抗拉强度;基于线径与强度的关系,构建了微细丝拉拔极限预测模型。结果表明,在拉拔过程中,Cu-4Ag合金微细丝的线径与抗拉强度密切相关,具有明显的尺寸效应;修正后的拉拔极限模型能够较为准确地预测不同线径的Cu-4Ag合金微细丝能够达到的拉拔极限。将拉拔极限模型产出的数据导入MATLAB中,构建了三维曲面模型,可以更为直观地分析材料的拉拔极限。

Fe含量对粉末冶金Cu-Fe合金显微组织与性能的影响

研究Fe含量对粉末冶金Cu-Fe合金显微组织及性能的影响。采用电火花等离子烧结、冷轧以及时效处理工艺制备4种不同铁含量(5%、10%、20%和40%,质量分数)的Cu-Fe合金。研究结果表明,随着Fe含量从5%(质量分数)增加到40%(质量分数),Fe相由离散球形分布演变为连续交错分布,Fe相尺寸从0.29μm增加到1.20μm;时效态的Cu-Fe合金的屈服强度从411.5 MPa提高到788.8 MPa,电导率从62.5%(IACS)降低到42.0%(IACS)。在以上结果的基础上,提出一种混合法则计算Cu基体、初级Fe相和次级Fe相对屈服强度的贡献,可较好地预测Fe含量高于10%(质量分数)合金的力学性能。

固溶处理及工艺路径对Cu-Ni-Si-Co合金板材性能的影响

目的系统探究了不同固溶温度及不同冷轧时效工艺对C7035合金力学性能与导电性能的影响规律。方法针对C7035合金进行了不同温度的固溶处理,并进行了冷轧以及不同温度的时效处理。对比一次时效的力学性能与电学性能差异性,并优化工艺路径。选择性能较为优异的样品观察其微观组织以及析出相。结果提高固溶温度可显著提升一次冷轧-时效合金的硬度、强度以及导电性,其中性能较为优异的工艺参数为960℃固溶1 h、冷轧90%、450℃时效3 h,对应板材的维氏硬度、抗拉强度及导电率分别为241.2HV0.1、777 MPa、48.6%IACS。工艺优化后,较优异的工艺参数为960℃固溶1 h、冷轧90%、450℃预时效0.5 h、冷轧50%、450℃时效2 h,对应板材的维氏硬度、抗拉强度及导电率分别为252.8HV0.1、787 MPa、41.2%IACS。结论固溶温度越高,溶质原子溶入基体的数量越多,固溶后能观察到的第二相越少。960℃固溶后一次冷轧-时效的强度较高,与880℃固溶后一次冷轧-时效后相比,强度提高了约100 MPa,二次冷轧时效后,强度有进一步的提升。

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。

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。

PF-LBM耦合模型下Al-Cu合金的枝晶生长和气泡形成

基于Shan-Chen多相流的格子玻尔兹曼方法模拟复杂多相流系统,探索气泡在液相中的生长和运动.研究了Al-4.0wt.%Cu合金在凝固过程中枝晶与气泡的相互作用,各向异性对凝固组织的影响以及枝晶与气泡共存时溶液密度的变化情况.结果表明:在定向凝固枝晶生长模型中,气泡先在枝晶底部析出,压差导致气泡上升,流动的过程中会与枝晶产生相互作用且会出现气泡合并与消失的情况,在枝晶间密集通道处大气泡会变成蠕虫形状.模拟区域的高长比会影响枝晶和气泡的生长情况,当高长比较小时更容易产生短而小的气泡,高长比较大时更容易产生蠕虫状气泡.在等轴枝晶生长模型中,气泡在枝晶间析出,随着枝晶的生长,气泡同样会发生合并与消失的情况,并且在受到挤压时发生形变.

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%。

Al-Zn-Mg-Cu系合金热处理及应力腐蚀研究进展

文章总结了国内外Al-Zn-Mg-Cu系铝合金生产研究和实际应用的现状,并论述了热处理工艺对Al-Zn-Mg-Cu系铝合金微观组织与性能的影响。针对目前Al-Zn-Mg-Cu系铝合金实际制造过程中,为获得良好的抗应力腐蚀性能(SCC),往往以牺牲其强度为代价的问题,介绍了SCC的主要产生机理及Al-Zn-Mg-Cu系铝合金合金成分,微观组织以及热处理工艺对SCC行为的影响。