自然时效对Al-6.5Zn-2.3Mg-2.2Cu合金厚板组织性能的影响

商用7×××系铝合金产品人工时效前一般会经历自然时效,自然时效时间的长短直接决定产品的生产制备流程。本试验研究了工业化制备的Al-6.5Zn-2.3Mg-2.2Cu合金厚板在不同的自然时效阶段经人工时效处理后的组织及性能,并重点分析了短时自然时效(0.125~21 d)及长时自然时效(30~360 d)对合金不同时效状态的影响。研究结果表明:自然时效0.125~21 d,T6态合金的强度持续降低,抗拉和屈服强度的降幅分别为14 MPa和17 MPa,伸长率在13.6%~15.6%的范围内波动;基体析出相主要为GPII区和η′相,晶界析出相呈断续分布。自然时效3~360 d时,T6态合金的强度、伸长率和断裂韧性均在一定范围内波动,无明显的变化规律,基体析出相主要为η′相且分布密集,晶界析出相呈断续分布。自然时效3~105 d时,T76态合金的拉伸性能和断裂韧性同样在一定范围内波动,无明显的变化规律,基体析出相尺寸粗大、分布分散,主要为η′相和η相,晶界析出相同样呈断续分布。

Cu含量对Al-Cu-Li合金淬火敏感性的影响

采用薄板叠层末端淬火的方法,通过强度测试、连续冷却转变(CCT)和时间-温度-转化率(TTT)曲线计算及X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等微观组织表征方法,研究了Cu含量(3.15%、3.63%和3.88%)对Al-Cu-Li合金淬火敏感性的影响,结合理论分析,从析出驱动力和形核位点的角度分析了Cu含量影响淬火敏感性的机理。结果表明:随着Cu含量的增加,晶格畸变能增加,Li的溶解度降低,淬火态合金中位错和残留第二相增多,含Li相的析出驱动力和非均匀形核位点增加,淬火沉淀相增多;随着临界冷却速率的增大,鼻尖温度孕育期缩短,强度残存率减小,Al-Cu-Li合金淬火敏感性提高。T8态合金强度受Cu含量和淬火速率共同作用,淬火速率较高时,主要受Cu含量的影响;淬火速率较低时,Cu含量的影响减小。

Cu对铸态Mg-Bi-Sn系合金微观组织与力学性能的影响

为研究Cu元素对Mg-Bi-Sn系合金微观组织与力学性能的影响规律,制备了铸态Mg-3Bi-5Sn-xCu(x=0,1,2,3,质量分数,%)合金,采用OM、SEM、XRD、EPMA、维氏硬度计和拉伸试验机,研究了Cu元素对铸态Mg-3Bi-5Sn(BT35)合金的微观组织和力学性能的影响。结果表明:Cu元素可以显著细化BT35合金晶粒组织,随着Cu含量的增加,合金晶粒尺寸先显著减小后略微增大,在本研究所制备的四种合金中,Mg-3Bi-5Sn-2Cu (BTC352)合金具有最小的晶粒尺寸(62.0μm)。此外,BT35合金中主要物相组成为α-Mg、Mg_(3)Bi_(2)相和Mg2Sn相;而添加Cu元素后,合金中还出现了额外的Mg_(2)Cu相和BiSn相。当Cu元素的添加量由0%提升到3%时,合金的抗拉强度和伸长率均呈现先升高后降低的趋势,主要是由于2%Cu合金化引起的晶粒细化、第二相强化和固溶强化的综合作用,BTC352合金表现出最佳的力学性能,其抗拉强度和伸长率为分别为(249.9±6.0) MPa和(13.0±1.0)%,其断口组织呈现典型穿晶断裂特征。

Cu含量对Al-1Mg-0.6Si-xCu合金板材韧性及弯曲性能的影响

采用室温拉伸、Kahn撕裂以及弯曲实验,结合数字图像分析法和扫描透射电镜等手段,探究了Cu含量对Al-1Mg-0.6Si-xCu合金板材韧性及弯曲性能的影响。结果表明:随着Cu含量的增加,合金的伸长率、均匀伸长率、均匀断裂能和单位面积裂纹形核功逐渐增加,合金的弯曲性能变好,均匀阶段韧性提升,而合金的失稳伸长率、失稳断裂能及单位面积裂纹扩展功下降,合金失稳阶段韧性变差。随着Cu含量的增加,Al-1Mg-0.6Si-xCu合金中强化相β″的密度增加,且在0.5-Cu合金中出现Q′相和L相,晶内析出相密度增加,使得合金在形变过程中消耗的能量增加;晶界析出相间距增加,从而提高合金的韧性及弯曲性能。

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。

Cu含量对铝锂合金局部腐蚀行为的影响

通过晶间腐蚀、剥落腐蚀和电化学实验,结合金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对组织的观察,研究了三种Cu含量对铝锂合金局部腐蚀行为的影响。结果表明:三种Cu含量铝锂合金(3.15Cu、3.63Cu和3.88Cu合金)的抗腐蚀性能由好到差依次为3.15Cu合金、3.88Cu合金、3.63Cu合金。3.15Cu合金中粗大相和T1相的数量最少,腐蚀深度最浅,腐蚀电流密度最小,EIS容抗弧半径最大,具有最好的抗腐蚀性能。与3.15Cu合金相比,3.63Cu和3.88Cu合金中粗大相和T1相的数量较多,导致合金腐蚀更容易萌生和扩展,使抗腐蚀性能变差;与3.63Cu合金相比,3.88Cu合金中粗大相与基体间的电位差减小,使抗腐蚀性能略有提升。

脉冲磁场对Zn-3Cu合金凝固组织和性能的影响

研究了脉冲磁场处理工艺参数(脉冲电压和脉冲频率)对铸态Zn-3Cu合金凝固组织及性能的影响。结果表明:脉冲磁场可以有效细化Zn-3Cu合金的凝固组织;随着脉冲电压在0~300 V范围内增加,Zn-3Cu合金的晶粒尺寸逐渐减小;随着脉冲频率在0~10 Hz范围内增加,合金的晶粒尺寸先增大后减小再增大,第二相(CuZn_(5))尺寸先减小后增大,当脉冲频率为5 Hz时,合金凝固组织细化效果最佳。脉冲磁场可以提高合金的力学性能和耐蚀性能,当脉冲电压为300 V、脉冲频率为5 Hz时,合金的力学性能和耐蚀性能最好,其抗拉强度为106.05 MPa,伸长率为7.14%,与未经磁场处理的合金相比,分别提高了37.9%和32.7%。

高合金化Al-8Zn-2Mg-2Cu合金均匀化退火制度研究

研究了不同单级均匀化退火制度对高合金化Al-8Zn-2Mg-2Cu合金组织的影响。通过对第二相及共晶组织的演化规律分析获得了合金较为理想的单级均匀化退火制度。组织分析发现,Al-8Zn-2Mg-2Cu合金中第二相主要为片层状的T(AlZnMgCu)相,以及片层间与T(AlZnMgCu)相共生的Al_(2)CuMg相,过烧温度为476℃。在465、470、475℃三种温度下开展的单级均匀化退火处理研究结果表明,在过烧温度下进行单级均匀化退火处理很难将共晶组织完全消除。本研究确定的较为理想的均匀化退火制度为475℃96 h,在此制度下的第二相残留数量最少、形貌圆滑,且共晶组织体积分数最低为0.5%。

间断直流磁场对Al-5Mg-3Zn-1Cu合金凝固组织和性能的影响

对Al-5Mg-3Zn-1Cu合金的凝固过程施加不同直流电压(0~300 V)和放电频率(0~20 Hz)以及占空比为30%的间断直流磁场,研究了间断直流磁场对其凝固组织及力学性能的影响。结果表明:间断直流磁场有效细化了合金的凝固组织,初生α-Al相由无磁场时的粗大枝晶变为细小的蔷薇状晶粒,第二相由粗大而连续的网格状结构变为细小而断续分布结构。随着直流电压的增加,合金的晶粒尺寸、第二相体积分数和长度均减小,抗压强度和断裂应变均先升后降;随着放电频率的增加,晶粒尺寸、第二相体积分数和长度均先减小后增大,抗压强度和断裂应变均先升后降。施加间断直流磁场后,合金的拉伸性能提高,断口中的准解理面减少,撕裂棱增多。当直流电压为200 V、放电频率为5 Hz时,合金的抗压强度和断裂应变最大,与无磁场时相比分别提高了31.6%和43%,抗拉强度和断后伸长率则分别提高了79.71%和83.3%。

Sn和Ni对过冷Ag-28.1Cu共晶合金凝固组织的影响

为了揭示在共晶相中具有不同固溶度的Sn和Ni元素对过冷共晶凝固组织的影响和作用机理,使用熔融玻璃净化和循环过热相结合的方法制备了过冷Ag-28.1Cu-xM(x=0%0.5%、1%,质量分数;M=Sn,Ni)共晶合金试样,分析了第3组元Sn和Ni对过冷Ag-Cu共晶合金凝固组织的影响。结果表明添加Sn元素不会改变宏观组织的分区特征,微观组织中出现反常共晶增多和粗化的现象,并具有随机的取向分布。凝固过程中Sn会形成垂直于固-液界面的浓度梯度,造成胞状界面失稳形成树枝状,但仍能够维持耦合共晶生长。而添加Ni元素会使宏观组织的分区特征消失,微观组织中则出现了单相枝晶,且表现出单一取向分布,原因是第3组元Ni平行于固-液界面扩散,使共晶合金生长方式从耦合生长转变为离异生长。

Sc元素添加对双辊铸轧Al−Cu−Li−Mg−Zr基合金热处理的影响

提出制备含Sc的Al−Cu−Li−Mg−Zr基合金带材的工艺方案。即先采用双辊铸轧技术制备近净形状的3 mm厚带材,再对其进行均匀化/固溶处理。研究两种Al−Cu−Li−Mg−Zr基双辊铸轧合金,其中一种添加质量分数为0.17%的Sc,另一种未添加Sc。两种合金均先在300℃下退火30 min,然后在450℃下退火30 min以及530℃下退火30 min,随后进行室温水淬。前两段退火后组织中生成了细小、弥散的Al_(3)Zr/Al_(3)(Sc,Zr)颗粒。最后的退火步骤起到了均匀化/固溶处理的作用。双辊铸轧材料的细小晶粒结构使含有主要合金元素的原始颗粒在较短的退火时间内溶解。缩短保温时间可以限制表面层中Li的耗尽和Al_(3)Zr/Al_(3)(Sc,Zr)弥散相的明显粗化。铸态含Sc材料已经具有明显细小的晶粒结构,而经均匀化/固溶处理后生成的Al_(3)(Sc,Zr)弥散相抑制了晶粒在高温下发生粗化。在后续180℃下时效处理后,形成了θʹ(Al_(2)Cu)、T1(Al_(2)CuLi)和S'(Al_(2)CuMg)强化相。在峰值时效状态下,屈服强度提高了200 MPa,这一数值与类似直接冷却铸造材料的相当,从而证实了所提方案的合理性。

回归升温速率对Al-6.02Zn-2.24Mg-2.30Cu合金组织和性能的影响

采用室温拉伸、慢应变速率拉伸应力腐蚀和透射电镜等检测手段,研究了回归升温速率对Al-6.02Zn-2.24 Mg-2.30Cu合金组织和性能的影响。结果表明,随着回归升温速率的降低,合金处于高温区时间增加,合金强度不断降低。回归升温速率由5.6℃/min下降到0.25℃/min,抗拉强度由663.1 MPa下降到631.7 MPa,而合金导电率和抗腐蚀性能逐渐增加,应力腐蚀敏感指数由4.7%下降到2.7%。回归升温速率减慢,晶内相长大程度增加,降低了合金强度。但同时晶界析出相尺寸及其分布间距增加,晶界析出相中的Cu含量随之增加,提高了合金的抗腐蚀性能。

应力时效影响Al-10Zn-3Mg-3Cu合金带外纵筋筒形件组织性能研究

目的研究应力时效条件下Al-10Zn-3Mg-3Cu合金带外纵筋筒形件筋部试样的应力松弛行为,探明基体应力松弛机制以及强韧性协同提升机理。方法针对淬火态筋部试样,设计不同的初始应力值进行应力时效实验,然后采用数据分析与微观组织形貌表征方法研究试样组织性能。结果当施加的初始应力为250MPa时,筋部试样的应力松弛程度可达85.8%,同时,试样抗拉强度为736.40 MPa,屈服强度为697.53 MPa,延伸率为10.96%。结论在250MPa应力时效条件下,应力松弛机制主要为晶界Coble蠕变和位错运动,位错运动促进了亚晶的增殖,Coble蠕变使基体晶粒长大,这些行为促使试样应力耗散。同时,应力时效改变了析出相形态,发展了具有孪生界面的复合析出相。经分子动力学计算可知,该特征微结构有利于基体强韧性的协同提升。

Cu含量对Al-Cu-Mg-Ag合金力学性能和耐腐蚀性能的影响

Cu元素是Al-Cu-Mg-Ag合金的主要合金元素之一,对合金性能有重要影响。采用Cu元素质量分数分别为3.08%、3.39%、3.93%的3种Al-Cu-Mg-Ag合金,通过金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、常温拉伸力学性能测试和晶间腐蚀试验、电化学试验研究了Cu含量对合金的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。试验结果表明:随着Cu含量增加,铸态Al-Cu-Mg-Ag合金的晶粒尺寸逐渐减小,T8态处理的合金的屈服强度和抗拉强度提高,延伸率略有下降,合金中Ω相的数量增加;随着Cu含量增加,合金耐腐蚀性能先提升后下降,w(Cu)=3.39%的合金耐腐蚀性能相对较好。

Cu元素和RE含量对耐热铝硅合金组织及力学性能的影响

过共晶铝硅合金因其优良的耐热性而受到汽车领域的广泛关注,但随着材料服役环境的日益严苛,进一步提升过共晶铝硅合金综合性能至关重要。针对过共晶Al-14Si-xCu-1Ni-0.5Mg-0.5Mn-yRE合金(简称Al-14Si-xCu-1Ni-yRE合金,x=2、3、4,y=0.1、0.3、0.5,质量分数,%),通过X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、拉伸测试等表征手段研究了不同Cu含量和RE(La+Ce混合稀土)含量对T6态合金微观组织及力学性能的影响规律。结果表明,随着Cu含量的增加,Al-14Si-xCu-1Ni-0.5RE合金中富Cu相(如Al_(2)Cu、Al CuNi相等)数量不断增多,特别是当Cu含量添加至4%时,合金中甚至存在大量的长针状AlSiCuNiRE相,从而割裂基体,合金伸长率不断下降,无法满足实际应用需求。当Cu含量为3%时,Al-14Si-3Cu-1Ni-0.5RE合金表现出最佳力学性能,合金的室温抗拉强度为348.2 MPa、高温抗拉强度为180.3 MPa、室温伸长率为1.91%。此外,随着RE含量的不断增加,Al-14Si-3Cu-1Ni-yRE合金中共晶Si的变质效果有所优化,但长针状富RE相也不断增多。当RE含量为0.3%时,Al-14Si-3Cu-1Ni-0.3RE合金的室温抗拉强度、高温抗拉强度和室温伸长率分别达到354.3 MPa、185.5 MPa和2.1%。

精锡和Sn-Ag-Cu合金氧化过程中的微量Zn富集行为

采用纯度为99.9%的精锡原料制备Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)合金,对微量Zn元素在精锡和Sn-3.0Ag-0.5Cu合金氧化过程中的表面富集行为进行了研究。将精锡与SAC305在300℃条件下分别进行动态氧化试验,结果表明,SAC305的渣率低于精锡。用XPS深度剖析法研究300℃静态条件下氧化后的精锡与SAC305的表面氧化情况。结果表明,氧化后的精锡和SAC305表面Zn元素的浓度是精锡原料中的1000倍以上,且SAC305较精锡表面具有更高的Zn元素浓度和更薄的氧化层厚度。综上,认为精锡原料中微量元素Zn在表面的高度富集会对锡及锡合金的氧化行为产生影响。在制备锡基合金焊料时,原料中的Zn元素应该予以关注。

稀土Ce对半固态挤压铸造AlSi10Cu3Fe合金组织及性能影响

通过光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电子万能试验机、显微硬度计及导电仪等手段分析了稀土Ce元素对半固态挤压铸造AlSi10Cu3Fe合金组织及性能演变的影响。研究结果表明:稀土Ce元素对半固态挤压铸造合金组织具有很好地细化作用,稀土添加量为0.5%时半固态合金组织细化效果最好,初生α-Al相呈现出等轴晶或球状晶形态,排列有序且分布非常均匀,合金的平均晶粒尺寸和晶粒形状因子分别为48μm与0.75,与不含稀土Ce的合金相比晶粒尺寸降低了51.51%,形状因子提高了53.06%。与此同时,半固态合金的力学性能也达到峰值,其抗拉强度、伸长率及显微硬度分别为231.98 MPa、7.8%和HV100.15,与不含稀土的合金相比,分别提高了37.81%、59.18%和25.38%。不含稀土Ce及稀土Ce含量为0.5%的合金导电率分别为38.56%IACS和43.27%IACS,稀土Ce的添加也有助于合金导电性能的提高。

Al-11.5Si-1.6Mg-3.5Cu和AA3003铝合金的热变形行为和热加工图

在应变速率为0.1、0.01、0.001s^(-1)和变形温度400、450、500℃条件下采用热模拟试验机对Al-11.5Si-1.6Mg-3.5Cu合金进行了等温热压缩试验,并采用动态材料模型(Dynamic Material Modeling, DMM)绘制材料的热加工图,预测了所设计的钎料合金Al-11.5Si-1.6Mg-3.5Cu与芯材铝合金AA3003的变形机制,从而得到钎料合金和芯材合金共同适合的加工窗口,避免复合轧制过程中出现材料开裂、变形不匹配等问题,缩短试验时间。试验结果表明,当变形温度在400~500℃,应变速率范围为0.001s^(-1)~0.1s^(-1),Al-11.5Si-1.6Mg-3.5Cu合金与芯材合金AA3003在高温变形时不会出现失稳现象,并且在较高的温度和较低的应变速率下比较适合材料的成形加工。

Cu-3.27Ti合金热变形行为及组织演变过程

利用Gleeble-3500热模拟试验机,在变形温度为750~900℃、应变速率为0.1~10.0 s-1的条件下对铸态Cu-3.27Ti合金进行热压缩模拟试验;在此基础上构建Cu-3.27Ti合金高温本构关系模型、绘制热加工图,研究热变形温度、应变速度对Cu-3.27Ti合金热变形行为和组织演变过程的影响,优化其热变形工艺参数。结果表明:建立的高温本构关系模型可较好地表征Cu-3.27Ti合金变形温度、应变速率以及流变应力之间的关系,热加工图显示合金存在1个功率耗散峰值区和2个流变失稳区,功率耗散峰值约0.27,对应的变形条件为900℃,功率耗散峰值区与失稳区不重叠,理论上900℃条件下Cu-3.27Ti合金的热加工性能较好;变形温度和应变速率对Cu-3.27Ti合金微观组织动态再结晶比例和再结晶晶粒平均直径均有明显影响,两者均随变形温度和应变速率的升高而上升,当组织完全再结晶后变形温度和应变速率对晶粒平均直径的影响更显著;Cu-3.27Ti合金在750℃变形时细小的再结晶晶粒呈链状分布于初始晶粒周围,呈现出流变失稳特征,变形条件为900℃/10.0 s^(-1)时,合金的微观组织完全再结晶且晶粒比较细小均匀,比较适于进行热加工。

稳定化处理和Cu元素含量对罐盖用5182铝合金板材β相分布的影响

研究了两种Cu元素含量的罐盖用5182铝合金成品板材经不同温度稳定化处理后的β相分布情况。结果表明:(1)当稳定化温度低于120℃时,两种板材均有大量β相沿晶界和剪切带连续析出;当稳定化温度为160℃时,两种板材β相连续析出现象显著减少;当稳定化温度高于160℃时,随稳定化温度的升高,β相连续析出现象逐渐减少;当稳定化温度为220℃时,β相分布最均匀,无明显连续析出现象,推测此时材料的抗应力腐蚀断裂敏感性最佳。(2)Cu元素质量分数为0.1%的5182板材比Cu元素质量分数为0.06%的5182板材β相析出更少,分布更均匀。