原位自生富Fe相增强Mg-Cu-Ag-Gd-Fe非晶复合材料的制备及其力学性能

基于元素间混合焓差异,通过在Mg基非晶合金中添加Fe元素,使合金凝固过程中析出原位自生富Fe相,从而制备出原位自生相增强镁基非晶复合材料。研究发现,富Fe相均匀分散在镁基非晶合金基体中,平均尺寸为8μm,体积含量约为14%。相比于基体材料的脆性断裂,原位自生富Fe相增强镁基非晶复合材料表现出明显的屈服与塑性变形,塑性形变量达9.5%,并且断裂强度也较基体合金有所提高。通过对断面的分析发现富Fe相在变形过程中可有效阻碍非晶基体中主剪切带的快速扩展,使其发生偏转和增殖,生成多重剪切带,使复合材料的力学性能显著提高。

磁场对过共晶Al-Fe合金中Al_3Fe相形态和分布的影响

研究了交流磁场(0.3 T)和直流强磁场(12 T)作用下Al-2.89%Fe合金中初生Al3Fe相的形态与分布的变化.结果表明,Al-2.89%Fe合金在无磁场和交流磁场下凝固时,大部分初生Al3Fe相沉积在试样下部.在交流磁场下凝固时,Al3Fe相变得细碎且向试样中心聚集,呈近金字塔状分布.在强磁场下凝固时,Al3Fe相所受磁力作用和重力作用相平衡,因而在整个试样中均匀分布,且沿着易磁化方向[121]发生定向排列.对磁场的作用机理进行了初步分析.

Fe相及其形貌对共晶Al-Si合金性能的影响

应用光学显微镜、万能拉伸实验机及XRD等,研究了不同Fe含量及其Fe相形貌对共晶Al-Si合金(ADC12)组织性能的影响,并利用扫描电镜(SEM)及能谱分析了Fe相的含量、形貌及铸件中Fe等元素的面分布。试验发现,随着Fe含量的上升,铸件的抗拉强度及伸长率逐渐下降;当Fe的质量分数在1·0%左右时,其抗拉强度急剧下降,伸长率也下降很多。在Fe含量高的Al-Si合金中按一定的w(Mn)/w(Fe)比加入Mn,使铁相形貌由针状向块状和“田”字状转变,铸件的抗拉强度提高180%。

凝固压力对A357合金凝固组织及含Fe相的影响

研究了不同凝固压力作用下A357合金的反重力铸造凝固过程,分析了凝固压力和冷却速率对合金凝固组织二次枝晶间距λ2和含Fe相的影响。结果表明,由试样中心到边缘,随着冷却速率的增加,λ2减小,合金微观组织α-Al枝晶细化;凝固压力从1.55kPa增加到30.90kPa时,λ2减小,同时,冷却速率愈大,α-Al枝晶细化愈明显。增大凝固压力也使合金组织中含Fe相由针状转变为骨骼状。

稀土Ce对工业纯铝中富Fe相的球化作用

通过加Ce前后工业纯铝显微组织、力学性能和耐中性盐雾性能的比较以及SEM、EDS等分析,研究了稀土Ce对纯铝中富Fe相的球化作用及其对工业纯铝力学性能和耐蚀性能的影响。结果表明,Ce对纯铝中富Fe相有球化作用,使富Fe相由粗大汉字状变为细小团球状,并与Fe、Si等杂质形成高熔点金属间化合物。通过加Ce变质,使工业纯铝的抗拉强度提高44.18%,伸长率提高32.04%,耐中性盐雾时间延长120%。

铸造铝硅合金中Fe相去除的研究

研究了添加Mn对Al-Si共晶合金（ADC12）中Fe相形貌的影响，并研究了加Mn及合金重力沉降联合作用对去除铝硅铁相以及采用电磁搅拌分离Fe的效果。实验发现，铝硅中添加Mn使针状β-铁相逐渐向骨骼状、汉字状及块状转变，减小了针状β-铁相的割裂作用，改善了合金的力学性能。无Mn合金熔体，在620℃进行重力沉降的效果很小，而加Mn使Mn／Fe比为1时，富铁相重力沉降效果较明显，试样中部和上部的含Fe量明显减少。并且在620℃进行重力沉降的有效时间在30～240min之间。当对熔融合金进行电磁充分搅拌处理时，铸件内部的Fe发生定向迁移，铸件心部的Fe含量降低，利于Fe的去除。

改善铝合金中富Fe相析出形态的技术进展

总结了改善铝合金中富Fe相析出形态的技术进展。指出通过添加稳定化元素、工艺控制等可以优化富Fe相的析出形态并使颗粒细化,促使其发挥颗粒增强的作用,有利于改善铝合金的性能。展望了高Fe含量铝合金材料的研究与开发前景,并提出该类材料将成为新的研究热点之一。

稀土Y对再生铝合金ADC12含Fe相演变的影响

采用中频感应熔炼炉添加了不同含量的稀土Y对再生铝合金ADC12进行了熔炼。利用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪等分析了添加稀土Y对再生铝合金ADC12的凝固组织和相组成的影响;分析了凝固组织中含Fe相的形貌演变及分布;分析了再生铝合金的显微硬度和抗压强度。结果表明,稀土Y的加入改变了再生铝合金ADC12中含Fe相的形貌,主要是对β-Fe相起到了变质作用。随着稀土Y添加量逐渐增大,合金凝固组织中析出的β-Fe相由枝晶间偏析聚集到被熔断,尺寸变小,形貌由粗大的树枝晶变成细小的鱼骨状,偏析逐渐改善。当Y含量为0.5wt%时,含Fe相明显细化,组织中的β-Fe相由原来的条状、块状变为颗粒状,且分布均匀;当稀土Y含量增加到大于0.5wt%后,组织中的β-Fe相又由细小的短杆状转变为粗大的长针状。随着Y含量的增加,该合金的显微硬度和抗压强度均先增大后减小,当Y含量为0.5wt%时,合金的力学性能达到最佳:显微硬度为431 HV0.1、抗压强度为585 MPa,较重熔前的合金分别提高了30.2%和21.9%。

Mn对Al-Si合金中Fe相形态的影响

在含 Fe的 Al-Si合金中加入 Mn元素 ,铸成试样和焊丝 .研究了 Mn对铸态金属和氩弧熔敷金属中 Fe相形态的影响 .发现在铸态只生成一种多边形汉字状的 Al-F e-Mn-Si相 .在焊态熔敷金属中生成多种形态的 Al-F e-Mn-Si相 ,有多边形汉字状 (块状 )、六角星状、鱼骨状和小花状 .Mn对铸造 Al-Si合金和焊态 Al-Si合金中的针状 F e相均有很好的抑制作用 .X射线衍射发现 ,熔敷金属中存在 Al9Fe0 .84Mn2 .16Si,Al0 .7F e3 Si0 .3 ,Mn12 Si7Al5相及其它一元。

Cr和Mg对Al-5%Fe合金中初生Al_3Fe相形貌的影响

采用普通熔铸的方法研究合金元素Cr和Mg对Al-5%Fe合金铸态组织的影响,利用能谱仪分析合金中物相成分.结果表明,Cr和Mg可以明显改善合金中的初生Al3Fe相形貌:未加入合金元素时,合金中初生Al3Fe相长呈粗大的针状和针片状,加入Cr和Mg则使粗大的初生富铁相形貌转变为鱼骨状、块状和细小针状.能谱分析结果表明:Cr主要分布在富铁相中,并且鱼骨状相中的Cr含量比块状相中含量高,而Mg则主要分布在基体中.

压铸条件对Al-Si合金组织中Fe相形态的影响

通过对压铸及重力铸造条件下Ａｌ－Ｓｉ合金组织中Ｆｅ相的研究，发现：压铸可阻止粗大针片状的β铁相（Ａｌ９Ｓｉ２Ｆｅ２）的析出；重力铸造下呈小鱼骨状或短杆状析出的ＡｌＳｉＭｍＦｅ四元相压铸时以汉字状或颗粒状析出；数量较多且呈不规则团块状析出的 ＡｌＳｉＭｎＦｅＣｕ五元相压铸时以较规则的团块状析出，但数量极少；压铸 Ａｌ－ Ｓｉ合金中 Ｆｅ的质量分数不超过１．２％时，不仅不会影响合金的力学性能，而且还能提高硬度、防止粘模．

锰对A356合金中富Fe相的影响

应用光学显微分析和XRD等研究了不同Mn含量对富铁相形貌,以及对A356力学性能的影响。结果表明:随着Mn含量的增加,针状β-Fe逐渐转变为汉字(或鱼骨状)α-Fe;当Mn质量分数为0.16%时,α-Fe占总含铁量的95.17%;当锰含量达到0.08%时针状β-Fe相长度、宽度与未添加Mn元素的合金相比,分别减小了44.13%和43.89%;强度值和塑性变形量均达到了最大,其抗拉强度、伸长率及断面收缩率与未添加Mn的合金相比,分别增加20.7%、703.2%和819.9%。此后再增加锰的含量,合金的强度和塑性不再变化。

Mn和Mg对Al-5Fe合金初生Al_3Fe相形貌的影响

Mn和Mg添加到Al-5Fe(质量分数,％,下同)合金中,初生Al_3Fe相的形貌发生明显变化,未加入合金元素时,该合金中的初生Al_3Fe相长成粗大的针片状;加入2.5％Mn和0.1％Mg(质量分数,下同)后,粗大的初生富铁相消失,取而代之的是细小针状、粒状和花朵状;加入2.5％Mn和1.5％Mg,合金中的富铁相大部分转变为粒状和穗状(分叉状)两种,探讨了粒状和穗状的形成机理,对合金力学性能的测试表明,加入Mn和Mg后,合金的抗拉强度得到了不同程度的提高:Al-5Fe合金为107 MPa,Al-5Fe-2.5Mn-0.1Mg合金为139 MPa,Al-5Fe-2.5Mn-1.5Mg合金为122 MPa,增长幅度分别为29.9％和14％。

Mn/Cr复合变质对15%Mg_2Si/再生A356-1.5%Fe基复合材料中富Fe相形态的影响

利用Mn/Cr复合对15%Mg_2Si/再生A356-1.5%Fe基复合材料进行变质处理,利用SEM、EDS、热分析等方法研究Mn/Cr添加量对复合材料中富Fe相形态的影响规律及其机制,并探讨Mn/Cr添加量对复合材料各物相的凝固结晶特性顺序的影响。富Fe相形态随着Mn/Cr添加量的变化而改变,未变质时,富Fe相形态主要为长针状;Cr(1.0%,质量分数)含量较多时,富Fe相形态主要为骨骼状;Cr和Mn含量均为0.5%时,富Fe相形态主要以颗粒状为主,此时变质效果最佳;而当Mn(1.0%)含量较大时,富Fe相形态则主要呈现花瓣状。未变质复合材料凝固结晶顺序为:初生Mg_2Si相(649.8℃)、α-Fe相(629.8℃)、π-Fe相(618.3℃)、Al+Mg_2Si共晶(578.3℃)、Al+Mg_2Si+Si三元共晶(556.7℃);随着Mn含量的不断增加,富Fe相的初始形核温度与基体形核温度差增大,其形核生长时间增加,Fe相尺寸不断增大,数目相对减少。

Fe和Mn含量对高真空压铸AlSiMgMn合金富Fe相三维特征和分布的影响

本文制备了不同Fe和Mn含量高真空压铸AlSiMgMn合金,使用透射电镜(TEM)对富Fe相晶体结构和成分进行了分析;使用高分辨三维X射线(3Dμ-CT)对合金进行了断层扫描,获得了富Fe相三维形貌和空间坐标;结合非平衡凝固相变计算,讨论了Fe和Mn含量对富Fe相形成的影响,并分析了初生α-Fe相的生长机理。基于二分Kmeans和DBSCAN方法,设计了空间粒子团簇计算程序,对3Dμ-CT得到的富Fe金属间化合物进行了聚类计算,分析了其团簇定量特征。结果表明:随着Fe含量增加,富Fe相中Fe含量增加;Mn含量增加不改变富Fe相的元素含量;两者均不改变富Fe相的晶格常数,但大幅提高富Fe相的形成温度;与平衡凝固相比,高冷却速度下富Fe相和α(Al)相形成顺序改变,对富Fe金属间化合物三维特征和分布产生重要影响,其团簇更为紧密。

Al-Si合金中富Fe相形态及其遗传性研究

Al-Si合金中铁相容易以针状形式出现,这种针状铁相对Al-Si合金力学性能会产生影响。通过BSE分析,可以看出,Al-Si合金中富Fe相都以针片状的形态存在,且并没有因为含Fe量的不同及冷却速度的变化而改变,重熔也不会改变合金中Fe相的形貌,说明Al-Si合金中β-Fe相具有遗传性。

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。

第二相和晶界析出特征对7050铝合金晶间腐蚀性能的影响

采用扫描电子显微镜(SEM),电子背散射衍射(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)等技术研究Al-Zn-Mg-Cu系合金不同时效制度下形成的晶界析出特征与含Fe第二相(Al_(7)Cu_(2)Fe相)对晶间腐蚀性能的影响。结果表明:时效24 h后的铝合金试样表面尺寸较大的Al_(7)Cu_(2)Fe相Fe含量的变化率最大,而时效60、120 h的试样表面尺寸较小的Al_(7)Cu_(2)Fe相Fe含量变化率较大;随着时效时间的增长,7050铝合金试样中Al_(7)Cu_(2)Fe相引起表面点蚀的时间缩短,晶间腐蚀深度减小,表明其耐晶间腐蚀性能随时效时间的增长而增强;随着时效时间的增长,试样的晶界无沉淀析出带(precipitation-free zone,PFZ)宽度增大,晶界析出物(grain boundary precipitation,GBPs)的形核数减少,间距增大,容易发生晶间腐蚀的晶粒取向逐渐集中。

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AlSiCuMg合金中富Fe相与缩松的影响

根据AlSiCuMg合金的实际应用,设计了不同Fe含量的试样。利用试验分析结合热力学计算,研究了Fe含量变化对富Fe相种类、数量以及最大尺寸的影响。结果表明,Fe含量增会促进合金中β-Fe相的析出与长大,并使π-Fe相的形貌由简单的汉字状转化为较复杂的骨骼状。另外,将Fe含量控制在一定范围内可以抑制β-Fe相析出。通过试验和理论分析研究了β-Fe相对缩松形成与长大的影响机制,结果发现,针片状的β-Fe相在结晶前沿阻断了枝晶间补缩,导致缩松产生。此外,由于富Fe相比α-Al的气-固相界面能更低,促使氢在富Fe相表面优先析出,将进一步扩大缩松体积。从拉伸结果可以看出,Fe对合金的综合性能影响较大,当Fe含量超过0.25%,合金趋向脆性断裂。