固溶-时效过程中微量Er和Zr添加对6082铝合金力学性能的影响

微量Er和Zr添加是提升6系铝合金力学性能的有效途径,然而微量Er和Zr添加后固溶时效工艺对力学性能的影响机制研究仍不充分。本文研究通过硬度和拉伸性能测试等方法,综合分析固溶-时效过程中添加微量Er和Zr(0、0.1Er+0.1Zr(%)和0.2Er+0.2Zr(%))对6082铝合金力学性能的影响。结果表明,添加Er和Zr对不同固溶温度(530、540、550、560℃)下6082铝合金硬度变化趋势影响较小,较优固溶工艺为540℃×0.5 h。在170℃时效过程中(0~12 h),添加Er和Zr后的Er+Zr/6082铝合金布氏硬度均在8 h时达到峰值,相比于6082铝合金峰时效时间提前2 h。Er和Zr添加降低Mg2Si相的热力学形核能,加快了时效期间Mg2Si相生长和演变过程。

变质剂Nd对Mg-3Si-4Zn-xNd合金组织及硬度的影响

通过向Mg-3Si-4Zn镁合金中添加变质剂Nd,制备了不同Nb含量的Mg-3Si-4Zn-xNd镁合金。通过观察初生及共晶Mg_(2)Si的组织变化,探究变质剂Nd对Mg_(2)Si组织的影响。通过试验探究Mg_(2)Si相的变化对合金力学性能的影响。结果表明,变质剂Nd对初生及共晶Mg_(2)Si相皆有良好的变质作用。当Nd含量为2.5%时,获得最佳的变质效果,初生Mg2Si由平均面积约600μm^(2)(40μm×15μm)的粗大的树枝状组织变为平均面积约139μm^(2)的细小且不规则的多边形块状组织,共晶Mg_(2)Si由平均面积约444μm^(2)的复杂汉字状变为平均面积约145μm^(2)的简单汉字状组织,合金硬度由58.75 HV0.1提高到73.27 HV0.1(最大值),提高24.7%。

Si、Mg添加量对Al-Mg-Si合金的显微组织和Mg_(2)Si相形貌的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等手段研究分析了Al-8.8Mg-9.2Si、Al-12.6Mg-7.4Si、Al-15.4Mg-9.8Si三种不同Mg_(2)Si含量的合金在金属型下的铸态凝固组织演化。结果表明,合金的凝固路径为L→L_(1)+Mg_(2)Si→L_(2)+Mg_(2)Si+(Al+Mg_(2)Si)_(二元共晶)→Mg_(2)Si+(Al+Mg_(2)Si)_(二元共晶)+(Al+Mg_(2)Si+Si)_(三元共晶),室温下的凝固组织为一定量的初生Mg_(2)Si相、二元共晶和三元共晶集群构成。随着Si含量和Mg含量的增加,初生Mg_(2)Si相的数量增加,其生长形态由八面体多边形向二次枝晶壁较为发达的树枝晶状转变,共晶Mg_(2)Si相的形态并没有明显的转变。通过对比Al-12.6Mg-7.4Si、Al-15.4Mg-9.8Si合金的凝固组织形貌,发现共晶晶胞的纵横比率累积值随着计算Mg_(2)Si含量的增加而下降。

高Mg含量对Al-Si-Cu-Mg合金凝固过程和组织演变的影响

为开发新型耐磨合金,利用热力学计算、热分析以及组织分析等手段研究了高Mg(8wt.%~20wt.%)含量对Al-17Si-4.5Cu-xMg合金凝固行为及组织演变的影响。结果表明:Mg含量的增加显著改变了初生Mg_(2)Si的形貌以及凝固行为。ThermoCalc模拟预测合金凝固过程中有6个反应,即形成初生Mg_(2)Si;两个二元共晶反应,形成(Mg_(2)Si+Si)或(Mg_(2)Si+α-Al)相;三元共晶反应形成(Mg_(2)Si+Si+α-Al);以及凝固后期共晶反应形成Q-Al_(5)Mg_(8)Cu_(2)Si_(6)和θ-Al_(2)Cu相。所研究的四种合金中除了有上述相外,还有富Fe相。Mg含量达到17.2wt.%时初生Mg_(2)Si的形貌由多面体状转变为树枝晶状。继续增加Mg的含量,初生Mg_(2)Si形貌不变,但枝干变粗。

Mg含量对Al-xMg-1Si合金热裂敏感性的影响

为了揭示Mg含量变化对铝合金热裂敏感性的影响,计算了Al-x Mg-1Si合金的热裂敏感性参数,测试了合金凝固路径、枝晶相干温度和凝固区间温度等参数,并对合金热裂区域的显微组织及断口形貌进行了分析.结果表明,合金热裂敏感性随着Mg含量的增大而减小.α-初生相的枝晶干涉温度及析出温度随Mg含量的增加而降低,Mg_(2)Si相的析出量及析出温度随Mg含量的增大而提高.随着Mg含量的增加,凝固后期晶界上共晶成分残余液相增加,Mg 2Si相凝固潜热增加,Mg_(2)Si析出对晶界的钉扎作用增强,因而合金热裂敏感性降低.

Mg对过共晶Al-Si合金组织改性作用研究

利用Thermo-Calc软件模拟计算了Al-17Si-xMg(x=0~10%)相图,在Mg含量为4.6%和6.8%这两个临界点时,液相线温度、二元共晶反应温度以及Mg_(2)Si的形成温度区间都在改变。当Mg含量由0增加至4.6%时,从二元L→Al+Si反应向三元L→AL+Mg_(2)Si反应转变,共晶反应温度不断下降随后保持不变。共晶的转变致使共晶Si由长条状转变为短杆状,因此提高了整体硬度,尽管初生Mg_(2)Si的硬度比初生Si小的多。

Nd变质对Al-Mg_(2)Si合金组织和力学性能的影响

研究了Nd变质处理对Al-20Mg_(2)Si合金组织和力学性能的影响。结果表明,当Nd的加入量为0.3wt%时,初生Mg_(2)Si形貌由未变质的粗大汉字状转变为多边形,变质效果最好,初生Mg_(2)Si相尺寸细小,分布均匀,合金抗拉强度为119 MPa,伸长率为1.95%,和未变质合金相比,抗拉强度和伸长率分别提升了52.6%和56%。当Nd的加入量达到0.5wt%时,初生Mg_(2)Si再次粗化,出现过变质现象,致使力学性能降低。Nd变质处理对共晶Mg_(2)Si形貌影响不大。

镁基材料中Mg_(2)Si相调控技术的研究进展

Mg_(2)Si相增强镁基材料具备低密度、高强度、高热稳定性、高耐磨性等优点,在航空航天、轨道交通等领域具备极大应用前景。研究表明,常规制备条件下Mg_(2)Si相组织粗大,有尖锐棱角,在受力过程中容易成为裂纹源而降低镁基材料的强韧性,因此需调控Mg_(2)Si相尺寸及分布。近年来,多种Mg_(2)Si相调控技术不断应用于镁基材料体系。在传统铸造方面主要通过变质处理或熔体处理调控Mg_(2)Si相形貌及尺寸,调控后初生Mg_(2)Si相由粗大枝晶状、鱼骨状转变为多面体状或颗粒状,共晶Mg_(2)Si相则由汉字状转变为细纤维状或短棒状,相尺寸也从数百微米被细化到数十微米。调控后的Mg_(2)Si相分布更加均匀,材料的强韧性也得到改善。此外,还可通过大塑性变形、快速凝固、粉末冶金等先进技术调控得到纳米级均匀弥散分布的Mg_(2)Si相增强镁基材料,材料性能也得到进一步提升。本文综述了Mg_(2)Si相形貌及分布、常规铸造过程的变质处理和熔体处理以及新兴的先进调控技术对Mg_(2)Si相增强镁基材料组织与性能影响的研究现状,还分析了不同调控技术的优势与不足,并对Mg_(2)Si相增强镁基材料未来的发展进行了展望。

磷变质处理对Al-12.68Mg-7.32Si合金组织和力学性能的影响

研究了P变质处理对过共晶Al-12.68Mg-7.32Si合金组织和力学性能的影响。结果表明:随着P添加量的增加,合金中初生Mg_(2)Si形貌由铸态时粗大树枝状和板块状转变为细小的近球状和多边形,棱角完全钝化,尖角消失,其尺寸得到了显著细化,最小平均尺寸为13.91μm;共晶Mg_(2)Si形貌由长片层状向短片层状、细杆状和颗粒状转变。当P添加量为0.1%时,合金抗拉强度和伸长率达到最大值,分别为151.9 MPa和3.12%,同铸态相比,抗拉强度提升了96%,伸长率提升了136%,合金断裂形式为韧-脆混合断裂。

Mg_(2)(Si,Sn)合金大尺寸试样低温固相反应法制备及其热电性能

Mg_(2)(Si,Sn)合金是一种受到广泛关注的中温区热电材料,具有成本低廉、环境友好等优点。Mg_(2)(Si,Sn)材料研究中非常重要的一环在于如何实现对Mg元素的精准控制,采用低温固相反应法可能是一种切实有效的方法。本研究通过低温固相反应法成功制备了高质量Mg_(2)(Si,Sn)合金试样,并将此方法应用至百克级Mg_(2)Si_(0.35)Sn_(0.635)Sb_(0.015)大尺寸试样的制备中,研究了大尺寸试样不同区域的热电性能及其均匀性。实验结果表明低温固相反应法能有效抑制Mg元素的挥发,实现对其较为精准的成分控制;制得的大尺寸试样的致密度沿压力方向存在规律性分布,越靠近试样中心材料致密度越高,相应地其组分含量和热电性能也随之变化。在640 K时,Mg_(2)Si_(0.35)Sn_(0.635)Sb_(0.015)大尺寸试样在所研究的不同区域最高zT值约为0.75,平均zT值达到0.66。

热轧Mg-5Sn-Si-0.9Sb镁合金的组织与性能

对Mg-5Sn-Si-0.9Sb镁合金进行了轧制温度370℃、压下量10%的多道次单向轧制,轧制后对合金进行了固溶+时效处理。研究了热轧和热处理后的Mg-5Sn-Si-0.9Sb镁合金的组织与性能。结果表明,轧制合金随道次增加析出第二相增多,尺寸减小,初生Mg_(2)Si相多边形尖角逐渐钝化、破碎为类似于球状的多边形。合金显微组织中发现Mg_(3)Sb_(2)相与Mg_(2)Si相存在依附生长的现象,成分中Sb抑制Mg_(2)Si相生长。经过轧制后形成新的含Sb-Mg_(2)(Si_(x)Sn_(1-x))相。经4道次轧制后,发生了完全动态再结晶,晶粒细化为15~20μm。铸态合金抗拉强度为106.1 MPa,断后伸长率为7.8%。经轧制和T6热处理后,材料性能显著提高,合金抗拉强度提高到213.8 MPa,断后伸长率提高到11.6%。

热处理制度对6060铝合金拉伸性能的影响

文章以汽车连接板用6060铝合金型材为研究对象,适当的挤压工艺来保证挤压出口温度后,采取不同的停放时间和时效制度来研究合金力学拉伸性能的变化规律。结果表明,一定的挤压工艺条件下,随着停放时间的增加,6060铝合金连接板的拉伸强度先呈缓慢下降趋势,在停放12h时,合金的性能最低,12h后合金强度明显提升,约在4d时合金强度达到最大值,随后性能趋于稳定;时效制度为160℃×7h,合金的性能最佳,抗拉强度为255MPa,屈服强度为228MPa,断后伸长率为15.0%,相比于时效制度175℃×8h时性能提高了约3%左右。

变质Al-xMg_(2)Si合金中超细初生Mg_(2)Si的制备

在未变质Al-xMg_(2)Si合金中,随着Mg\Si含量从18wt.%降低到14wt.%,初生Mg_(2)Si晶粒尺寸发生明显细化,由~30μm减小到~10μm;当合金中Mg\Si的含量降低到12wt.%,初生Mg_(2)Si相完全消失,其金相组织为单一共晶相组成.对Al-xMg_(2)Si合金进行0.5wt.%Ca-Sb复合变质处理,当合金中Mg\Si的含量降低到10wt.%,合金中金相组织为初生α-Al+共晶Mg_(2)Si组成.在0.5wt.%Ca-Sb复合变质的Al-xMg_(2)Si合金中,由于变质剂的作用,在Al-xMg_(2)Si合金中,树枝晶状初生Mg_(2)Si消失,转变为细小的多边形,随着合金中Mg\Si含量从18wt.%降低到12wt.%,初生Mg_(2)Si晶粒尺寸从~15μm降低到~5μm,形成超细初生Mg_(2)Si晶体.对合金进行力学性能测试发现,超细初生Mg_(2)Si的形成对提高合金强度、硬度作用较大.

电-磁双场叠加对双辊铸轧6181铝合金中Mg_(2)Si相的影响

试验研究了脉冲电场和磁场对双辊铸轧6181铝合金板材中Mg_(2)Si相的形貌、尺寸和分布的影响。研究结果表明:脉冲电场和磁场组合成的复合场能更有效地促进板材中Mg_(2)Si相的均匀分布;Mg_(2)Si相尺寸为0.7μm-1.7μm.Mg_(2)Si相的形貌以针状和星状为主;在复合场中铸轧的板材硬度值最大为82.3 HV。

6A02铝合金异型管成分调控及试制生产工艺研究

研究了合金成分调控及生产工艺对6A02铝合金异型管组织和性能的影响。结果表明,化学成分在内控范围内,同时生产工艺条件选择均匀化处理制度为525~540℃×12 h、铸棒加热温度为490±10℃、挤压速度为4.5~5.0 m/min、挤压系数为37、人工时效制度为175℃×9 h,所获得6A02铝合金异型管的力学性能、低高倍组织和产品质量均符合技术要求。

固溶时间对Sr/Ce复合变质A357合金组织和性能的影响

采用金相显微镜、扫描电子显微镜、拉伸试验机和显微硬度仪,研究了不同固溶时间下Sr/Ce复合变质A357合金的组织和性能,并讨论了第二相特征的演变过程及其对合金性能的影响。研究结果表明:T6热处理后,共晶硅和Mg_(2)Si的面积分数均显著的降低,并随着固溶时间的延长而呈现先降低后增加的趋势。共晶硅的等效直径随着固溶时间的延长而增大,但相应的形状系数逐渐提高。合金的抗拉强度、屈服强度和显微硬度均显著提高,但伸长率大幅降低。随着固溶时间的延长,合金的强度和显微硬度均呈现先增加后降低的趋势,而伸长率则逐渐降低。当固溶时间为4 h时,合金中残留的Mg_(2)Si含量最少,共晶硅的尺寸较小且球形度较高,合金的综合力学性能达到最佳。合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率和显微硬度分别达到350 MPa、290 MPa、6.5%和125 HV。

Sr变质对Al-Mg_(2)Si合金组织和力学性能的影响

研究了Sr对过共晶Al-Mg_(2)Si合金组织和力学性能的影响。结果表明,在Mg_(2)Si增强铝合金中,Sr对初生Mg_(2)Si相和共晶Mg_(2)Si相均有影响。添加Sr后,初生Mg_(2)Si相的形貌由未变质的粗大树枝状转变为四边形。同时,共晶Mg_(2)Si相的形态从长杆状向细杆状、颗粒状转变。当Sr含量为0.1%时,变质效果最好,初生Mg_(2)Si相尺寸最小,分布均匀,合金抗拉强度为121 MPa,和未变质合金相比,抗拉强度提升了55.1%,且伸长率并未降低。当Sr的含量达到0.15%时,初生Mg_(2)Si再次粗化,出现过变质,导致力学性能降低。

Ca与Pr微合金化及热挤压对AS41镁合金半固态微观组织的影响

研究了Ca、Pr复合微合金化与挤压工艺对AS41镁合金半固态微观组织的影响。结果表明,Ca、Pr复合微合金化能够明显降低Mg_(17)Al_(12)相的含量,形成Al_(2)Ca和Al-Pr相。在半固态等温处理过程中,Ca、Pr元素具有吸附毒化作用且Al_(2)Ca和Al-Pr相具有钉扎界面的作用,促使α-Mg和晶界熔化率降低。挤压工艺促进再结晶重熔的发生,提高了晶粒密度。在Ca、Pr复合微合金化与挤压共同作用下,半固态AS41镁合金具有更高的晶粒密度和较低的晶粒粗化系数。