Zn在AlSiCu Mg合金时效过程中的作用

研究了微量合金元素Zn对高强度铸造合金Al-Si-Cu-Mg时效过程的影响.通过差热分析和透射电镜等分析测试方法表明：当锌的添加量在w（Zn）=0.1%~1.0%时,可提高合金的时效峰硬度,加快合金的硬化速度.当Zn含量为0.5%时,合金的时效峰最高,当Zn含量增大到w（Zn）=1%时,硬度有所降低,但仍高于无Zn合金.通过DSC和TEM分析显示,微量的Zn固溶于基体中,加快了亚稳相的析出,较早地形成了细小而密集的亚稳相,从而使合金获得了较高的峰时效硬度.

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。

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。

均匀化退火对Al-8Zn-1.2Mg-1.5Cu合金显微组织和力学性能的影响

通过半固态电磁搅拌铸造法制备了Al-8Zn-1.2Mg-1.5Cu合金,并对其进行均匀化退火处理。采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、金属涡流电导仪和维氏硬度计等对合金组织和性能进行分析与测试。结果表明:铸态Al-8Zn-1.2Mg-1.5Cu合金的组织主要由α-Al基体和MgZn_(2)相组成,并存在严重的枝晶偏析;随着均匀化退火温度从400℃升高到460℃,粗大的网状枝晶组织逐渐消失,MgZn_(2)和非平衡共晶相逐渐溶入α-Al基体中,合金的硬度和电导率先增大后减小,在440℃退火保温12 h后硬度达到最大值,为134.8 HV0.3;在460℃均匀化退火时,随着保温时间从6 h增加到24 h,合金中的共晶组织不断溶解,硬度先增大后减小,在保温时间为18 h时达到最大值,为131.7 HV0.3,合金的电导率则是呈先下降再上升随后下降的趋势。

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。

铬含量对Al-Cu-Mg-Ag合金微观组织和热暴露性能的影响

研究了Cr含量对Al-Cu-Mg-Ag合金微观组织和热暴露性能的影响。结果表明,随着Cr含量增加,合金室温强度呈先上升后下降的变化趋势,含0.2%Cr的合金表现出优异的室温力学性能。透射定量计算结果表明,向合金中添加0.2%Cr,促进了热暴露后合金中Ω相的析出,提高了Ω相的抗粗化性能。Cr添加量超过0.3%后,合金晶界处析出(Al,Cr,Mn,Ti)富集相,导致晶粒粗大。

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。

Sc对Al-8.5Zn-2.3Mg-2.4Cu合金组织与性能的影响

研究了Sc对Al-8.5Zn-2.3Mg-2.4Cu合金组织与性能的影响。结果表明:Al-Zn-Mg-Cu铸态合金中添加Sc后,合金晶粒尺寸明显减小;Sc含量(质量分数)由0增加至0.4%时,合金晶粒尺寸由107.7μm减小至49.96μm,硬度由116.8HV增加至130.2HV。经大变形量热轧处理后进行470℃×1 h固溶处理发现,相较未添加Sc的合金,含Sc合金位错密度增大;添加0.4%Sc的合金再结晶率由92.4%降低至45.7%,合金的再结晶行为受到抑制。经120℃×24 h时效处理后,添加0.4%Sc的Al-Zn-Mg-Cu合金中观察到大量弥散分布的圆球状Al_(3)Sc粒子和短棒状η′(MgZn_(2))粒子,通过绘制与α(Al)共格或半共格的Al_(3)Sc-MgZn_(2)晶体结构模型,可推测出Al_(3)Sc粒子为η′(MgZn_(2))相提供异质形核位点,促进其形核,对合金时效析出强化有促进作用。

Al−Cu−Li−Mg合金纳米相之间溶质配分行为的第一性原理研究

采用一性原理计算考察25种合金化元素在大多数商业牌号Al−Cu−Li−Mg合金中主要纳米相(δʹ-Al3Li、θʹ-Al2Cu、T1-Al6Cu4Li3和S-Al2CuMg)之间的溶质配分能和配分行为。计算结果表明,主合金化元素Li不能直接影响θʹ和S相,Cu不能直接影响δʹ相,Mg不能直接影响θʹ和δʹ相,但可以较弱地固溶于T1相。对于微合金化元素,Si是唯一一种可以固溶于4种纳米相的元素。Au能固溶于δʹ、θʹ和S相,Cd能固溶于δʹ、T1和S相,Zr能固溶于δʹ和T1相,Ni仅有微弱的趋势固溶于θʹ和S相。Ti、V、Zn、Ag和Mo只能固溶于δʹ相,而Cr、Mn、Fe和Co对这4种纳米相均没有直接影响。几乎所有的稀土元素均能强烈固溶于T1、δʹ和S相,但无法固溶于θʹ相。仅Sc略显特殊,对S相没有明显的固溶趋势。计算预测的溶质配分能构成了一个原型数据库,有利于指导和加速Al−Li合金及其他相关Al合金的设计。

直接时效对激光增材制造Al-Cu-Mg-Li-Sc-Zr合金组织与性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、显微硬度计和和万能材料试验机等研究了直接时效对激光选区熔化制备的Al-Cu-Mg-Li-Sc-Zr合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:经直接时效热处理后,Al-Cu-Mg-Li-Sc-Zr合金中析出了大量针状和球形颗粒析出相,其中粗针状析出相为Al_(2)CuMg相,细针状析出相为Al_(2)CuLi相,球形颗粒为Al_(3)(Sc,Zr)相;随着时效时间延长,合金强度呈现先升高后降低的变化趋势,伸长率呈下降趋势;合金的最佳直接时效工艺为320℃×6 h,此时,合金的抗拉强度和屈服强度分别为(628±5)MPa和(611±7)MPa,伸长率为(1.44±0.06)%,硬度为(168±1)HV;拉伸试样断口形貌表明直接时效后合金的断裂机制为脆性断裂。

Li/Sc复合添加对铸态Al-Cu-Mg铝合金微观组织和硬度的影响规律

Al-Cu-Mg合金具有优异的比强度、加工性能和耐腐蚀性能,被广泛应用于航空航天等领域。然而,该合金在250℃以上的环境中服役时,纳米级沉淀相迅速粗化,强化效果显著下降,致使合金性能严重恶化。本工作以Li/Sc复合添加的Al-Cu-Mg合金为研究对象,利用OM、XRD、SEM、TEM、维氏硬度计等测试手段对合金铸态显微组织、硬度和第二相进行了分析。结果表明:复合添加Li/Sc后,Al-Cu-Mg合金由粗大的树枝晶组织转变为等轴晶组织,α-Al的平均晶粒尺寸从83.58μm降低至29.75μm,细化效果达64.41%。硬度从HV88.73提升到HV116.70,提高了31.52%,合金强化机理为细晶强化和第二相强化。合金中存在成分偏析,部分Cu元素在晶界上富集,形成网状分布的Al_(2)CuMg相和块状Al_(2)Cu相,而在晶粒内部存在块状的Al_(6)CuLi_(3)准晶相、Al^(3)Sc相和AlCuSc相,以及链状分布的Al_(2)CuMg相。其中,AlCuSc相作为合金中的有害相,在形核时会消耗一部分Sc、Cu元素,致使其他强化相的体积分数减少,降低强化效果,应减少该相的形成。

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。

Cr对Al-Cu-Mg-Ag合金动态再结晶行为和力学性能的影响

借助光学显微镜(OM),X射线衍射仪(XRD),场发射扫描电镜(SEM-EDS)和透射电镜(TEM)研究Cr对Al-CuMg-Ag合金铸态组织和双级均匀化后弥散相分布、尺寸和数量密度的影响,并采用高通量等温压缩实验研究不同等效应变下Cr对Al-Cu-Mg-Ag合金动态再结晶行为的影响。结果表明:均匀化阶段除析出棒状T-Al_(20)Cu_(2)Mn_(3)弥散相外,还出现平均直径和数量密度分别为67.4 nm和4.7μm^(-2)的球状Al7(Cr, Mn)弥散相,Cr与Mn相反的平衡分配系数(K_(Mn)<1_(vs) K_(Cr)>1)将无弥散相析出面积分数从29.5%降至13.8%,棒状的T-Al_(20)Cu_(2)Mn_(3)弥散相平均长度从275.4 nm减小至147.3 nm,数量密度从3.5μm^(-2)增至10.4μm^(-2)。EBSD和拉伸实验结果表明,Al7(Cr, Mn)弥散相对位错运动阻碍作用减少热压缩过程中小角度晶界向大角度晶界的转变,抑制动态再结晶。Cr的添加提高Al-Cu-Mg-Ag合金不同温度下的力学性能,在25,250,300℃下Al_(7)(Cr,Mn)弥散相对合金屈服强度的贡献值分别为21.9,16.2 MPa和15.3 MPa。

Mg、Si含量对Al-Cu-Mg-Ag-Si合金析出相的影响

研究了Mg、Si元素含量对Al-Cu-Mg-Ag-Si合金实际析出相种类及性能的影响。结果表明,Al-Cu-Mg-Ag-Si合金中高Mg含Si合金析出了大量S相和粗大的第二相;低Mg低Si合金中析出了常见的θ相和Ω相;低Mg含Si合金中出现了6系铝合金中常见的σ相和β″相等多种析出相,且具有非常细小弥散的θ相,为合金提供了良好的强化效果。Si和Mg的存在均极大地改变了合金的析出序列,无法通过增加Mg含量抵消Si的作用。Si的加入显著抑制了Ω相的析出,而大幅增加Mg含量则会促进S相的析出。

熔体超声处理对Al-Cu-Mg-Ag合金微观组织和硬度的影响

利用超声波处理Al-Cu-Mg-Ag合金熔体,研究了熔体超声处理对其微观组织和硬度的影响。结果表明,相较于未超声处理的铸态合金,熔体超声处理90 s和180 s所得铸态合金硬度分别提升了12.7%和11.2%。熔体超声处理降低了合金成分偏析,加快200℃/2 h时效过程中Ω相的析出。定量分析结果表明:熔体超声处理虽然能减小铸态合金的晶粒尺寸,但细晶强化效果有限;固溶强化和析出强化分别提高了铸态和T6态合金的硬度。

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。