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。

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%。

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%。

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%。

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。

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。

Sc含量对Al9.0Zn2.5Mg2.2Cu0.2Zr合金铸态组织的影响

本文研究了Sc添加量对Al9.0Zn2.5Mg2.2Cu0.2Zr合金铸态组织的影响。结果表明,微量Sc与Zr协同可形成Al_(3)(Sc,Zr)第二相,在铸造过程中具有促进非均质形核、细化铸态晶粒的作用,并对合金共晶组织有明显的变质作用。但铸态合金中部分可达微米级初生Al_(3)(Sc,Zr)第二相对合金的加工性能和力学性能易产生不良影响。

Cu掺杂对Inconel 718合金Laves相稳定性的影响

采用第一性原理计算与实验相结合的方法,研究了Cu掺杂对Inconel 718合金中Laves相的影响。构建了Laves相Fe_(8)Nb_(4)晶胞的掺杂模型,计算分析了Cu掺杂前后体系的平衡晶格常数、形成热、结合能、电荷差分密度以及弹性常数等。计算结果表明,Cu元素掺杂Laves相后,体系发生晶格畸变,稳定性降低;Cu原子掺杂增加了Laves相的硬度,但对体系塑性的影响比较复杂。实验结果表明,Cu能够固溶到Laves相中,降低Laves相的固溶温度,Cu掺杂Laves相导致体系原子间结合强度的降低是造成Laves相固溶温度降低的本质原因。

Cu元素掺杂对MnNiInCoCu合金相变滞后的影响

采用快淬甩带技术制备Mn_(50)Ni_(38)In_(9)Co_(3)、Mn_(49)Ni_(38)In_(9)Co_(3)Cu_(1)以及Mn_(47)Ni_(38)In_(9)Co_(3)Cu_(3)合金薄带样品,并对其微观组织、马氏体相变行为和磁滞损耗进行分析。结果表明,随着Cu含量的提高,MnNiInCoCu合金马氏体转变温度逐渐升高,相变滞后和磁滞损耗降低,这是因为Cu元素促进合金晶格几何兼容性提高所致。

Cu添加量对铸态CrFeCoNiCu_(x)高熵合金显微组织和力学性能的影响

详细研究Cu添加量对铸态CrFeCoNi高熵合金显微组织演变和室温拉伸性能的影响。研究结果表明,添加Cu元素使高熵合金相结构由FCC单相转变为FCC1+FCC2双相。FCC2相是存在于枝晶间的富Cu相,且其体积分数随Cu含量的增加而提高。富Cu相的形成主要归因于Cu与其他金属元素的混合焓较大,从而导致凝固之前的液相分离。由于位错滑移的短程障碍增强,高熵合金的屈服强度和极限抗拉强度与Cu含量呈正相关关系。然而,由于位错在晶界堆积而产生的应力场叠加更为显著,因此,含Cu高熵合金的断裂应变较小。

Cu含量对7xxx系铝合金力学性能及腐蚀性能的影响

文章以添加不同Cu含量(wt.%)(1.4%~2.6%)的Al-Zn-Mg-xCu-Ce-Zr合金为研究对象,通过OM、TEM以及室温拉伸、剥落腐蚀、电化学腐蚀等实验,研究Cu元素对铝合金组织及性能的影响规律。结果表明,随着Cu含量的增加,合金晶内析出相的平均尺寸先减小后增大,合金的力学性能呈先升高后降低的趋势,抗腐蚀性能逐渐降低。当Cu含量为2.2%时,合金晶内析出相的平均尺寸最小且表现出最高的力学性能;当Cu含量为1.4%时,合金表现出最佳的综合性能,抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为682MPa、605MPa和13.8%;腐蚀电流密度为1.496×10^(-5) A/cm^(2)。

选区激光熔化Fe-10Cu合金成形工艺优化研究

为优化选区激光熔化Fe-10Cu合金的工艺参数,在使用ANSYS APDL模拟计算不同激光功率和扫描速度条件下单道单层温度场、分析熔池尺寸的基础上,通过实验考察了不同条件下成形的试样的致密度、硬度和凝固组织。结果表明:在铺粉厚度为40μm、扫描间距为100μm的条件下,选区激光熔化Fe-10Cu合金在激光功率345.6 W、扫描速度1 000 mm/s时成形的试样的致密度和硬度最高,分别达到99.8%和38.3HRC。选区激光熔化Fe-10Cu合金凝固组织为单一α-Fe相,选区激光熔化过程快速凝固导致铜过饱和并固溶在α-Fe中,是Fe-10Cu合金硬度得到提升的主要原因。

Li含量对高Cu铝锂合金均匀化处理的影响

通过金相显微分析(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)、能谱分析(EDS)和电子探针显微分析(EPMA),研究了不同Li含量对高Cu铝锂合金铸态组织和均匀化处理的影响。结果表明:铸态高Cu铝锂合金的晶界和枝晶间有大量非平衡结晶相存在,主要为富Mg和Ag的Al-Cu相、T_(B)(Al_(7)Cu_(4)Li)相和θ(Al_(2)Cu)相;Li含量对铸锭枝晶间距和第二相种类有明显的影响,当合金中Li含量较高时,枝晶间距较小,T_(B)(Al_(7)Cu_(4)Li)相的占比较大;当合金中Li含量较低时,枝晶间距较大,θ(Al_(2)Cu)相的占比较大。θ(Al_(2)Cu)相占比越大,均匀化处理需要的时间越长,低Li合金、中Li合金和高Li合金适宜的均匀化制度分别为(470℃,16 h)+(500℃,40 h)、(470℃,16 h)+(500℃,24 h)和(470℃,16 h)+(500℃,8 h)。

Cu元素添加对Fe基非晶合金结构-性能影响的研究进展

非晶合金(metallic glass, MG)因其独特的短程有序、长程无序结构,具有许多优异的物理和化学特性。其中,Fe基非晶合金(Fe-based metallic glass, Fe-MG)由于优异的磁性能、力学性能、耐腐蚀性能,及其原材料成本低等优势,显示出巨大的应用前景和研究价值。近年来,研究者们致力于通过合金成分设计调控Fe-MG的结构,进而改变材料的变形行为与性能特征。研究发现,Cu元素的添加可以显著影响FeMG的理化性质和力学性能。通过深入分析Cu元素对传统Fe-MG、纳米晶合金和高熵MG结构和性能的不同影响,探讨Cu元素的添加对MG的弛豫行为、晶化行为、熔化和凝固行为、玻璃转变行为、玻璃形成能力、机械性能、磁性能与其他性能的作用机制,发现Cu元素的添加能够促进Fe-MG基体中α-Fe团簇的析出,从而改变材料的变形行为与性能特征。研究结果表明:有望通过成分设计来调控MG的变形行为,进而为实现性能优化提供理论指导和实验参考。

时效工艺对Cu-Cr-Zr合金带材性能和析出动力学的影响

通过固溶−冷轧−时效工艺制备Cu−1.0Cr−0.1Zr合金带材,研究时效工艺对合金导电率、力学性能和微观结构的影响,并进行析出动力学分析。结果表明,Cu−1.0Cr−0.1Zr合金在430℃时效180 min后获得最佳综合性能,导电率为85.86%IACS,硬度为HV 176.54,抗拉强度为552 MPa。对于在430℃时效的样品,当时效时间从30 min增加到180 min时,细小的fcc-Cr和Cu8Zr3析出相的尺寸从~5 nm长大到~8 nm,且析出相与铜基体的关系由共格转变为半共格。同时,还观察到bcc-Cr相的棒状和球状粗大颗粒(≥300 nm)。此外,建立合金在不同时效温度下的析出动力学方程,绘制等温转变TTT曲线,通过计算获得合金的析出激活能为65 kJ/mol。

浇注工艺对AlSi9Cu3合金凝固组织及力学性能的影响

采用直读光谱仪、金相显微镜、拉伸试验机、JMatPro软件、扫描电镜和X射线衍射仪研究了浇注温度和模具温度对AlSi9Cu3合金凝固组织及力学性能的影响。结果表明:合金的凝固组织以初生α-Al和针状共晶硅为主;随浇注温度的降低,合金中α-Al晶粒尺寸先减小后增大;针状共晶硅含量逐渐增多;合金的抗拉强度先升高后降低;随模具温度的升高,合金中α-Al晶粒尺寸逐渐增大,针状共晶硅含量先减少后增加;合金的抗拉强度先升高后降低。当浇注温度为680℃、模具温度为100℃时,AlSi9Cu3合金的力学性能最佳。