Mn/Fe比对Al-Mg-Si合金组织和性能的影响

以Al-Mg-Si合金为研究对象,采用金属型铸造研究Mn/Fe比对其组织和性能的影响。结果表明:Al-Mg-Si铸态合金组织中枝晶间存在α-Al基体和大量析出相,主要以Mg_(2)Si相为主,还存在少量的共晶Si相、AlFeSi相和Al(FeMn)Si相。随Mn/Fe比的增大,合金中的晶粒逐渐变得细小圆整,且由树枝晶向等轴晶发生转变。Mn可以促进铝合金中针状的β-AlFeSi相向骨骼状、颗粒状或块状的α-Al(FeMn)Si相的转变。当Mn/Fe比为0.5时,合金的热导率达到最大值181.08 W·m^(-1)·K^(-1)。当Mn/Fe比为1.0时,合金的晶粒尺寸最小且具有最佳的力学性能,抗拉强度、伸长率和硬度相较于Mn/Fe为0.2时分别提升17.45%、49.57%和27.48%,达到167.35 MPa、17.23%、HV 62.86。

时效Cu-0.6Zr-0.3Fe合金的组织与性能

通过真空熔炼的方法制备了Cu-0.6Zr-0.3Fe合金。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射和电子万能试验机等对合金的显微组织及元素分布、物相及力学性能进行了分析测试。结果表明:铸态Cu-0.6Zr-0.3Fe合金的晶粒较为粗大,同时晶间存在黑色球状、长条状共晶组织;经930℃固溶处理60 min后的晶粒组织变得细小,并且共晶组织由长条状转变为球状,经30%冷变形及时效后晶粒基本保持着冷轧形貌;时效初期合金的硬度先迅速升高达到峰值,而后随着时效时间的延长开始降低,最后趋于平缓或下降,抗拉强度变化趋势与之相同;在本次实验条件下合金的最佳时效工艺参数为450℃时效120 min,此时其显微硬度、抗拉强度和导电率分别为152.6 HV0.3、495.4 MPa和55.5%IACS。

孔隙和α-Al(Fe/Mn)Si相对高压压铸Al-7Si-0.2Mg合金塑性的影响

采用高压压铸工艺制备两批次不同尺寸的Al-7Si-0.2Mg(质量分数,%)合金,获得显微组织和孔隙非均匀分布的薄壁铸件,并对比研究孔隙和显微组织对铸态合金塑性的影响。结果表明:不同铸件和不同位置样品的伸长率有较大波动(9.7%~17.9%)。当合金存在大面积孔隙时,有效承载面积减小导致由孔隙产生的应力集中使合金伸长率显著降低。当合金只存在小面积孔隙时,塑性变形过程中合金中的α-Al(Fe/Mn)Si相先于共晶硅相发生脆性断裂,α-Al(Fe/Mn)Si相的数量密度对伸长率的波动起主导作用,具有高数量密度α-Al(Fe/Mn)Si相试样的伸长率显著降低。此外,局部较高的冷却速率导致铸件α-Al(Fe/Mn)Si相数量密度的增加。

Fe含量对再生铝硅合金组织和性能的影响

利用金相显微镜、X射线衍射仪、万能拉伸试验机等研究了Fe含量对再生铝硅合金组织和性能的影响,并对该合金中富铁相形态进行了定量分析。结果表明:当Fe含量从0.796%增加到1.301%时,合金组织中二次枝晶臂间距先减小再增大再减小;富铁相形貌的演变过程为紧密汉字状→汉字状+鱼骨状→汉字状+鱼骨状+针状→针状+汉字状→针状;合金中的富铁相面积分数逐渐上涨,富铁相长度不断增长,尤其当Fe含量从1.022%上升到1.301%,针状β-Fe相长度显著增长,平均长度最长可达119.5μm;β-Fe相的出现导致合金力学性能的显著下降,当Fe含量增至1.301%时,合金抗拉强度和伸长率相比0.796%Fe时分别下降26.26%和52.58%。

Fe、Ni元素微合金化对Al-11Si铝合金微观组织及力学性能的影响

本研究利用扫描电子显微镜(SEM)、能量散射X射线光谱(EDS)和拉伸试验机,研究了Ni(1.2及1.6wt.%)和Fe(0.6及0.8wt.%)含量对Al-11Si铝合金的微观组织及不同温度下的力学性能的影响。实验结果表明,适量的Ni元素对于Al-11Si合金中富含Fe相的类型、形态和分布具有积极作用。在Al-11Si铝合金中添加1.2wt.%Ni和0.6wt.%Fe可以生成一种类似“汉字状”的富Fe强化相。当进一步增加到1.6wt.%Ni和0.8wt.%Fe后,富Fe相变为了长针状,对Al基体产生严重的割裂作用,降低了合金力学性能。由于含有1.2wt.%Ni和0.6wt.%Fe的Al-11Si铝合金中生成了“汉字状”富Fe强化相,合金的高温拉伸性能得到了显著改善。在350℃的测试温度下,Al-11Si铝合金的抗拉强度(UTS)达到了139 MPa。

Fe含量对亚共晶Al-Ni合金微观组织、热导率和力学性能的影响

研究了不同Fe含量对亚共晶Al-4Ni合金微观组织、热导率以及力学性能的影响。结果表明,当不存在Fe时,合金中的微观组织主要是初生α-Al和(α-Al+Al_(3)Ni)共晶组织。随着Fe元素增加至0.5%,初生相仍为α-Al,共晶组织变为(α-Al+Al_(3)Ni)二元共晶和(α-Al+Al_(3)Ni+Al_(9)NiFe)三元共晶。当Fe含量超过0.75%,初生相为Al_(9)NiFe,同时形成halo铝枝晶,共晶组织变为(α-Al+Al_(9)NiFe)二元共晶和(α-Al+Al_(3)Ni+Al_(9)NiFe)三元共晶。随着Fe元素的加入,Al-4Ni-x Fe合金的热导率呈下降趋势,这主要与合金α-Al基体中Fe原子的固溶量和Al_(9)NiFe相的含量和形貌相关。在力学性能方面,随着Fe的增加,Al-4Ni-x Fe的屈服强度不断增加,伸长率先缓慢下降再急剧下降,这主要是由于合金中形成了Al_(9)NiFe初生相,加速了裂纹的扩展。综合考虑,Al-4Ni-0.5Fe合金的热导率和力学性能取得了较好的权衡,具有最佳的综合性能。

基于机器学习的Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe低成本钛合金热加工图预测

为了研究Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe低成本钛合金的热变形行为,运用Instron 5869压缩实验机进行热压缩实验。构建了以变形温度、应变速率、应变为输入变量和流变应力为输出变量的6种机器学习模型,预测不同条件下该合金的流变应力值并评估检验模型的预测性能。根据预测表现最好的LSTM神经网络模型的预测数据绘制预测加工图,对照实验加工图评估检验其预测能力。结果表明:预测加工图能够较为准确地反映出Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe合金在应变为0.499时的可加工区域,与实验加工图的吻合程度较高,该方法能较好地预测Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe合金的热变形行为。

激光熔覆Fe基非晶合金涂层的研究现状

近年来,随着激光高速熔覆技术的发展,所制备的Fe基非晶合金表面涂层具有制作工艺简便、玻璃形成能力高等特点,且该合金涂层具有优越的力学性能和耐腐蚀性能。本文旨在研究国内外激光熔覆Fe基非晶合金涂层最新的研究进展。总结了最新的制备方法,这些新方法不仅提升了传统激光熔覆材料的性能,还改善了表面涂层产生脆性而带来的裂纹和空隙。最后做以讨论和展望,为研究Fe基非晶涂层的制备工艺以及耐腐蚀、耐磨损等性能的发展提供了研究基础。

Fe元素对TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

主要研究Fe含量对TC4钛合金显微组织和力学性能的影响。对比分析了添加w_(Fe)=0.05%的TC4试样1和添加w_(Fe)=0.23%的TC4试样2经过相同锻造及热处理后的室温拉伸、400℃高温拉伸、室温冲击试验结果及金相显微组织。结果表明:增加w_(Fe)≈0.2%后,初生α相含量降低约9%。次生α相片层厚度增加且呈交叉混乱排列。室温拉伸、室温冲击和400℃高温拉伸的强度显著提高,室温抗拉强度和屈服强度增加约55MPa。400℃高温抗拉强度增加约30MPa。这是因为在拉伸过程中,位错滑移过程中所遇到的阻碍增大,导致大量位错塞积在弥散的强化相中;同时随着Fe元素增加,与钛合金形成固溶体时产生较大的晶格畸变,也能提高钛合金的强度,但对室温拉伸和400℃高温拉伸的塑性无明显影响。

退火工艺对Ti-4.5Al-2.2V-0.1Fe合金组织结构及力学性能的影响

利用X射线衍射、扫描电镜和电子万能试验机等研究了不同退火工艺对挤压制备的Ti-4.5Al-2.2V-0.1Fe合金组织结构和力学性能的影响。结果表明:退火后,合金的X射线衍射峰略向左偏移,说明其晶格发生膨胀。制备态合金的组织以网篮组织为主,退火后获得了少量魏氏组织、双态组织和等轴组织。960℃+570℃退火后合金显微硬度达542.5 HV1;760℃退火后合金的拉伸强度与塑性匹配较优,并且其压缩塑性较好,韧窝多且深,其压缩应变值为27.4%,960℃+570℃退火后合金的压缩强度较高,达1738 MPa。总之,经760℃退火后,Ti-4.5Al-2.2V-0.1Fe合金的强度与塑性匹配较优,综合性能良好。

Fe元素含量和形变工艺对Cu-Fe合金组织与性能影响的研究进展

高强高导铜合金在电子、机械、交通通信等领域应用广泛,而Cu‐Fe合金因其较好的强度和导电性,低廉的成本成为了高强高导铜合金的重要研究方向之一。综述了高强高导Cu‐Fe合金的研究进展,针对Cu‐Fe合金强度和导电性倒置问题,总结了Fe元素含量对合金组织、抗拉强度和导电性的影响规律;阐述了拉拔、轧制等形变工艺对合金组织与性能的影响及其机理;展望了高强高导Cu‐Fe合金的未来发展趋势;提出第三元素(如P,Ag,Co,Ni或稀土)的合金化调控是有效改善Cu‐Fe合金综合性能的发展方向之一。

Fe含量对铝合金阳极合金电化学材料性能的影响

我国现有材料含有大量的杂质,极大地影响牺牲阳极的电化学性能,采用外国的配方技术、利用我国的原材料,生产不出理想的牺牲阳极材料,在众多的杂质元素中,Fe的含量对牺牲阳极材料的电化学性能影响比较大,研究了Fe含量对铝合金阳极合金材料性能的影响,结果表明:(1)如果Fe的含量过量,此时的铝阳极变成阴极性,在牺牲阳极的铝合金材料内部形成大量微电池,从而恶化牺牲阳极材料的电化学性能;(2)生产牺牲阳极选择铝锭原材料Fe的含量在0.10%附近时,呈现优良的电化学性能。

烧结压力对低液相Fe基预合金钻头胎体性能的影响

在烧结温度为950℃、保温时间为5 min及不同烧结压力条件下开展热压烧结试验,对比研究烧结压力对3种低液相Fe基预合金钻头胎体和1种传统Fe基钻头胎体性能的影响,具体包括胎体压入硬度、抗弯强度、致密度和金刚石包镶强度等力学性能,以及金刚石的热损伤情况和钻头胎体的微观组织结构与形貌特征等。结果表明:随着烧结压力增大,低液相空白胎体的压入硬度、抗弯强度和致密度逐渐增大,而传统Fe基空白胎体的压入硬度和抗弯强度呈现先增大后减小的趋势,其致密度为增大趋势;对于含金刚石的胎体,低液相与传统Fe基胎体抗弯强度均随烧结压力增大而增大,当烧结压力为20 MPa时,继续增大压力,低液相含金刚石胎体的抗弯强度趋于稳定,而传统Fe基含金刚石胎体的抗弯强度略有下降。同时,随着烧结压力的增大,低液相胎体的均一性明显增强,但金刚石的热损伤加剧。综合胎体的力学性能与断口形貌特征,优选的烧结压力为20 MPa,此时的低液相Fe基预合金胎体硬度、抗弯强度可满足孕镶金刚石钻头需要。

强制对流影响下Fe-C合金定向凝固微观组织的相场法研究

定向凝固技术能够获得特定柱状晶结构,对于优化合金轴向力学性能具有非常显著的效果.本文采用耦合流场的相场模型模拟了定向凝固过程中枝晶的生长过程,研究了各向异性系数、界面能对定向凝固枝晶生长的影响以及强制对流作用下枝晶的生长行为.数值求解过程中,选用基于均匀网格的有限差分方法对控制方程进行离散,实现了格子中标记点算法(MAC)和相场离散计算方法的联合求解.处理微观速度场和压力场耦合时,采用MAC算法求解Navier-Stokes方程和压力Poisson方程,采用交错网格法处理复杂的自由界面.结果表明:随着各向异性系数的增大,枝晶尖端生长速度增大,曲率半径减小,枝晶根部溶质浓度逐渐降低;随着界面能的增大,枝晶尖端曲率半径增大,当界面能为最大(0.6 J·m^(-2))时,凝固呈现平界面的凝固方式向前推进;强迫对流对定向凝固枝晶生长方向影响较大,上游方向定向凝固枝晶粗大且生长速度更快,其现象随流速的增大而愈加明显.

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。

Fe元素微量添加对Al-5Ni高导热合金性能及流变行为的影响

Al-Ni近/共晶合金兼具高强韧和高导热性能,Ni在Al中的共晶成分点较其他常见过渡族元素更高,其铸件在热管理材料领域具有可观的应用潜力。研究了微量添加Fe元素对Al-5wt%Ni合金的微观组织、导热系数、力学性能和流变行为的影响。结果表明,Al-5wt%Ni中添加0.1wt%Fe元素可实现α-Al晶粒的显著细化,(α-Al+Al3Ni)共晶组织球化且第二相分布更为均匀。当Fe元素添加量在0.1wt%时,Al-5wt%Ni合金导热系数和力学性能同步提升,导热系数由211.4 W/(m·K)提升到218.8 W/(m·K),抗拉强度由132.5 MPa提升到170.9 MPa。通过高温熔体库埃特粘度仪表征合金熔体流变行为,发现添加0.5wt%Fe元素在Al-5wt%Ni合金中会导致该液态熔体粘度上升,但645℃时其剪切稀薄特性更强。

冷变形La_(0.6)Pr_(0.4)Fe_(10.7)Co_(0.8)Si_(1.5)合金的微观组织演变与磁热效应

为改善磁制冷工质的制备工艺从而提高实用化进程,提出了一种室温下冷压塑性变形加速磁热相形成的方法。对La_(0.6)Pr_(0.4)Fe_(10.7)Co_(0.8)Si_(1.5)合金的晶粒结构、相组成和磁热效应进行了系统的研究。结果表明,经过预变形,合金单位面积上晶粒数量增加且晶粒尺寸均匀,相比于未压缩样品,在相同条件下退火后磁热相比例增加。当压缩率为30%时,经3天的短时间退火后,1∶13相的比例可达92.68%(体积分数),明显高于未变形样品。30%预变形La_(0.6)Pr_(0.4)Fe_(10.7)Co_(0.8)Si_(1.5)样品居里温度为289 K,在2 T磁场下磁熵变为-7.1 J/(kg·K),可作为室温区实用的磁制冷材料备选工质。

Fe含量对Al-Mg-Si合金微观组织和力学性能的影响

采用电子拉伸试验机、金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等检测手段,研究不同固溶温度下Fe含量对Al-MgSi合金铸棒微观组织和力学性能的影响。结果表明:Fe含量为0.14%(质量分数,下同)时,Al-Mg-Si合金具有最高的强度和断后伸长率,随着固溶温度升高,合金强度不断提高,固溶温度520℃以上时合金强度趋于高点,抗拉强度280 MPa,屈服强度259 MPa,断后伸长率13.40%;时效处理后晶界处富Fe相是球形的α-Al_(8)Fe_(2)Si,对合金基体割裂作用弱,弥散分布在晶界处起到钉扎晶界的作用;当Fe含量低于0.14%时,晶界处球形的α-Al_(8)Fe_(2)Si极少,钉扎晶界弱,在500℃以上固溶时,晶粒明显长大,断后伸长率大幅度降低;当Fe含量高于0.14%时,富Fe相多为长条状的β-Al_(5)FeSi,对界面割裂作用强,随着Fe含量增加,合金强度和断后伸长率不断降低;此外,Fe含量影响β"相时效过程的析出转变,Fe含量为0.14%时,β"强化相析出的尺寸小、数量多、分布密集,对位错运动阻碍作用最强。

杂质Fe和Si对Al-Cu-Mn-Mg合金显微组织及力学性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等研究了杂质Fe和Si对Al-Cu-Mn-Mg合金显微组织及力学性能的影响。结果表明:当合金含有0.20 mass%的杂质Fe时,凝固过程中形成的富Fe相为Al_(7)Cu_(2)(FeMn),与不含杂质Fe时相比,合金的力学性能略有下降,但仍具有良好的塑性。当合金含有0.20 mass%的Fe和0.20 mass%的Si时,热处理后合金中存在两种富Fe相,Al_(7)Cu_(2)(FeMn)和Al_(15)(FeMn)_(3)(SiCu)_(2)相,但Al_(7)Cu_(2)(FeMn)相居多。此外,含有杂质Fe和Si的合金凝固终了时在晶界处形成低熔点共晶组织(Al+Al_(2)Cu+Mg_(2)Si),导致合金在热处理过程中发生过烧现象。与仅含杂质Fe元素的合金相比,同时含有Fe和Si时合金的抗拉强度变化不大,但屈服强度增加了51.6 MPa,伸长率由15.4%大幅下降至6.0%。

(Si+Mn)/Fe对Al-5Cu合金铸态组织及力学性能的影响

在Al-5Cu-0.3Fe高强铸造合金中添加Mn和Si,采用OM、SEM、EDS及DSC等分析方法研究(Si+Mn)/Fe质量比(K=3、4、5和6)对其铸态组织及力学性能的影响。结果表明:随着K值的增大,富Fe相形貌的变化趋势为针状→汉字状→粗大汉字状富Fe相聚集,富Fe相由针状Al 3FeMn向汉字状Al 6FeMn转变。Al-5.0Cu-0.3Fe-1Si-x Mn合金,K=4时,拉伸断口展现良好的塑性特征,合金的综合力学性能最佳,比K=3时抗拉强度和延伸率分别提高了22%和65%。Si和Mn元素对Al-5.0Cu-0.3Fe合金的富Fe相有良好的变质作用。适当减少Mn的添加量,而增加Si的含量,保持(Si+Mn)/Fe=4,有助于减少合金的孔洞缺陷,降低热裂敏感性,较好地调控富Fe相形貌和尺寸。