Mn微合金化Al-Si-Cu-Mg合金显微组织及耐蚀性能研究

Al-Si-Cu-Mg系列合金具有优异的强韧性,但其中的含Cu强化相极大地影响了该系合金的耐蚀性能。因此,本文通过对不同Mn含量的Al-7Si-2Cu-0.6Mg合金进行显微组织观察和电化学分析,探究Mn元素的添加对T6热处理状态下合金微观结构和耐蚀性的影响。结果表明,Mn添加量的提高对合金显微硬度几乎没有影响,但在合金基体中可以观察到弥散相。随着Mn含量升高,合金的耐蚀性呈现先升高后降低的趋势。添加0.360%Mn(质量分数)合金具有最佳耐蚀性,腐蚀电流密度比基础合金减少了54%。腐蚀形貌观察结果表明,Mn的添加可以显著减弱合金的点蚀趋势。

铝合金疲劳性能的研究进展

在"双碳"的时代背景下,材料的轻量化和安全性受到越来越广泛的关注.铝合金具有密度小、比强度高和耐蚀性好等优点,广泛应用于交通运输和航空航天等领域.结构材料的损坏形式绝大多数是疲劳损坏,占整体的70%左右,因此铝合金的疲劳性能关乎着产品使用安全性.为此,本文介绍了疲劳性能的特点及分类,综述了铝合金疲劳性能的研究现状、影响因素及近年来研究的热门领域.

新型高再结晶抗力α-Al(MnCr)Si弥散强化Al-Mg-Si-Cu合金研究

Al-Mg-Si-Cu铝合金(6XXX)属于可热处理强化合金,其高比强度、耐腐蚀及优良的成形性能使得它们在各种工业应用中具有吸引力,包括电力传输和交通运输行业;但相对较低的强度和硬度限制了其应用。最新研究表明,在合金中加入Mn/Cr等过渡族元素结合均匀化热处理工艺能够在Al-Mg-Si-Cu铝合金基体中形成纳米级、与基体部分共格的α-Al(MnCr)Si弥散相,从而借助弥散强化作用进一步提升合金的综合力学性能,拓展Al-Mg-Si-Cu铝合金的应用范围。弥散相因其对位错运动和(亚)晶界迁移的钉扎作用而有助于限制动态回复并抑制动态再结晶。此外,弥散相还能够限制合金在固溶处理过程中再结晶晶粒的形核和长大过程,进而抑制静态再结晶的发生。但较少有文献针对弥散相对Al-Mg-Si-Cu合金变形后热处理过程中的微观演变进行量化统计和机理分析,未能建立模型来描述变形条件对微观组织演变的影响。本工作对6061合金和Mn/Cr微合金化的Al-Mg-Si-Cu合金(后者被标记为HSW-1合金)在不同条件下进行热变形处理(变形温度:300、400、500℃;应变速率:0.01、0.1、1、10 s^(-1);真应变:1.2),研究变形合金在固溶和时效热处理过程中的微观结构演变,提出热变形合金经固溶处理后的微观组织调控机制。采用TEM观察证实了HSW-1合金基体中均匀分布着大量纳米级的α-Al(MnCr)Si弥散相。将热变形后的两种合金在560℃下盐浴保温不同时间,应用准原位EBSD技术表征微观结构的演变,统计取向差分布及亚晶粒尺寸的变化。结果表明,热变形条件(变形温度、应变速率)对6061和HSW-1合金在固溶处理过程中的静态再结晶行为有显著影响。两种合金静态再结晶行为随着变形温度的降低、应变量的增加及应变速率的升高而得到强化。相同的变形条件下,尽管6061合金静态软化驱动力低于HSW-1合金,但其在固溶处理过程中的静态再结晶行为明显强于HSW-1合金。这表明,弥散相通过钉扎作用有效抑制变形合金在固溶和时效过程中的静态再结晶行为,在显著提升合金的抗再结晶能力的同时保持变形合金的微观结构,使变形合金获得弥散强化和变形强化的综合效果,进而赋予其高强度。最后,通过理论分析提出了T6热处理后两种变形合金的微观结构控制模型。通过调整变形参数,即变形温度和应变速率,可以精确调节热处理后的微观组织成分,实验数据有效支持了模型的可行性。该结果为开发新型高强韧高性能铝合金提供了实验基础和理论分析。

Cr、Mn质量比对Al-Mg-Si合金组织和力学性能的影响

本文研究了在25℃和250℃条件下不同Cr、Mn质量比Al-0.9Mg-1.1Si合金的组织和力学性能,对铸锭进行550℃、10 h均匀化随后进行水淬,再加热到540℃条件下进行热压缩变形,随即进行180℃、6 h时效处理得到实验样品,分别在25℃和250℃进行拉伸试验,最后对合金显微组织进行了分析。结果表明:在25℃条件下,Cr、Mn质量比为0.1时,屈服强度达到峰值389 MPa;在250℃时,Cr、Mn质量比为0.3时,达到峰值293 MPa。选取Cr、Mn质量比为0.3能够使合金高温强度最大,同时室温强度也较高。析出相、织构和小角度晶界都对合金强度产生了不同程度的影响,但是不同温度下三者对强度的影响强弱显示出差异。在25℃时,织构对合金强度的影响起主要作用,而在250℃时,小角度晶界对合金强度的影响起主要作用。

铝合金中Fe元素的危害及其去除方法研究进展

随着工业的快速发展,铝合金材料的需求日益增加,铝合金废料的二次回收利用则显得尤为重要。与电解生产原铝相比,铝的再生熔炼和精炼能够大幅度的降低能源的消耗,同时也减少了氧化铝资源的消耗。其研究为铝工业循环经济和可持续发展提供技术储备。铝合金在再生熔炼和精炼中最大的难度在于除去合金中的杂质元素,其中Fe元素对铝合金的机械性能有非常严重的危害作用,所以Fe元素的去除是再生铝生产的一个研究重点。综述了再生铝生产中Fe元素对各种铝合金的影响以及Fe元素的去除方法。

挤压速度对6082铝合金圆管显微组织和机械性能的影响

由于良好的机械性能和轻量化效果,铝合金挤压型材在运输行业中有着广泛的应用。而提高挤压速率是降低生产成本提高产能的有效方式。但在该过程难以避免产生粗晶。本文主要介绍挤压速度对6082圆管微观组的影响,分析了变形条件对软化机制的影响,并对机械性能和进行了分析总结。

挤压速度对6082铝合金管材显微组织和力学性能的影响

挤压速度不仅决定着生产效率,而且对挤压制品的显微组织和力学性能有着很大的影响。本试验探讨了不同挤压速度对6082铝合金管材显微组织和力学性能的影响。结果表明:挤压过程中坯料和模具的摩擦促进动态再结晶的发生;提高挤压速度,再结晶晶粒尺寸变大、再结晶面积增大;随着挤压速度的升高,管材的屈服强度和抗拉强度先降低后逐渐升高;当挤压温度为450℃、挤压速度为10 mm/s时,6082铝合金管材的力学性能最好。

铸造Al-Si-Mg-Cu合金综合性能调控研究现状

综述了铸造Al-Si-Mg-Cu合金组织演变及综合性能调控的最新研究进展。阐述了Cu含量对组织演变以及力学性能的影响;概括了铸造铝合金疲劳寿命和耐蚀性的影响因素及机制;Cu含量对铸造Al-Si-Mg-Cu合金综合性能影响的临界阈值仍未明晰,不同强化相之间的竞争机制有待分析,这对精准控制合金组织,提升合金综合性能具有积极意义。

挤压铸造高强韧Al-Si-Cu-Mg合金组织性能研究

研究了挤压铸造高强韧Al-Si-Cu-Mg合金的组织与性能。结果表明,合金致密性良好,共晶Si、含Cu相均匀分布于材料的横截面。经T6处理后,共晶Si与含Cu相均发生了明显的球化,时效过程含Cu/Si/Mg纳米强化相的析出使屈服强度提升180 MPa以上,同时合金也能保持良好的韧性;挤压铸造Al-9Si-3.4Cu-0.15Mg合金T6处理后的屈服强度可达375 MPa以上,抗拉强度可达423 MPa以上,伸长率可达9%以上。

基于共晶相量化的6082铝合金的最佳均匀化制度

采用差示扫描量热仪、金相显微镜、扫描电子显微镜及能谱分析等方法,通过对6082铝合金的铸态和均匀化态的显微组织观察和共晶相的量化统计研究,确定了6082铝合金的最佳均匀化制度。结果表明:6082铝合金铸态组织中存在着大量的非平衡凝固的Mg2Si共晶相和β-Al(Mn,Fe)Si相共晶相。经过560℃10 h均匀化后,Mg2Si共晶相溶解入α(Al)基体中,β-Al(Mn,Fe)Si共晶相向α-Al(Mn,Fe)Si相转变。

激光功率对高强Al-Mg-Si-Cu合金激光-CMT复合焊接接头组织性能的影响

采用激光-CMT复合焊接工艺(CMT,冷金属过渡)对2 mm厚400 MPa级Al-Mg-Si-Cu合金进行焊接,研究了激光功率对焊接接头宏观形貌及组织性能的影响。研究表明:激光功率达到3.6 kW时可获得全熔透焊接接头,随着激光功率的增加,熔宽不断增加而焊缝余高有所降低。熔宽增加和余高降低使得焊缝稀释率增加,焊缝中硅元素含量降低。随着激光功率的增加,焊缝中烧损的镁元素增加,镁元素含量亦有所降低。焊缝中镁和硅元素含量的降低导致固溶强化效果减弱。随着激光功率的增加,全熔透焊缝的硬度逐渐降低。密集气孔的存在进一步恶化了焊缝性能,导致拉伸过程中焊缝处的断裂。焊接接头抗拉强度亦呈不断降低的趋势,在激光功率为3.6 kW时,焊接接头的平均硬度和抗拉强度分别达到基材的65%(85 HV)和64%(271 MPa)。

均匀化冷却速率对6110铝合金析出相的影响

均匀化后冷却速率对挤压制品的最终性能有着重要的影响。试验以6110铝合金为研究对象,通过光学显微镜、扫描电镜、差热分析仪、导电率以及维氏硬度测试等手段,研究了均匀化后冷却速率对该合金组织及性能的影响。研究结果表明,该合金铸态组织主要包含Mg2Si、Q和α含铁相。经560℃保温3 h能够充分溶解组织中的Mg2Si相和Q相等非平衡凝固组织。在不同的冷却速率下强化元素分别以固溶态和析出相的形式存在于基体中。随着冷却速率升高固溶度增大,使后续挤压抗力增大;随着冷却速率降低Q相逐渐粗化,其在挤压后期难以充分回溶入基体并且极易熔化从而导致挤压制品表面质量下降并降低最终的力学性能。为了尽可能使溶质原子充分析出,同时又要保证其以大量细小的析出相形式分布在铝基体中,以便在挤压后期可以充分回溶,避免粗大的析出相熔化而引起加工裂纹,均匀化后的最佳冷却速率应控制在545℃/h左右。

晶粒细化工艺对6082铝合金中含铁相的影响

铝合金在3C电子产品中得到广泛的应用,也对阳极氧化后的铝合金表面质量提出了更高的要求。作为铝合金晶粒细化剂的TiB2和铁相对阳极氧化后的表面质量有着负面的影响。试验以6082铝合金半连续铸造(DC)为参照,分别采用添加Al-Ti-B细化剂(GR)和强剪切工艺(MC)细化铝合金α-Al晶粒来对比研究细化含铁相的效果。通过阳极覆膜处理与OM观察对比三种工艺铸造的α-Al晶粒尺寸;采用SEM-EDS确定含铁相类型并对比不同工艺含铁相的尺寸。结果表明:6082铝合金中含铁相主要为α-AlFeMnSi和β-AlFeSi;晶粒细化工艺并不会降低含铁相的析出,但可显著降低含铁相的尺寸;相比于不添加细化剂(DC)的合金,添加GR后对α-Al晶粒及含铁相尺寸均有显著细化效果,采用MC也可大幅的地减小α-Al晶粒及含铁相尺寸,但细化效果略次于GR的。因此,采用MC可在不添加GR的情况下有效地控制晶粒尺寸进而细化含铁相尺寸,减少缺陷的产生,为后续产品表面质量提供保障。

6082-T6铝合金协同脉冲CMT焊缝表面微观组织及其腐蚀行为

试验选取协同脉冲CMT焊接工艺进行6082-T6铝合金薄板拼焊,利用电流电压采集系统对焊接电流进行实时采集,并采用金相显微镜(0M)和扫描电子显微镜(SEM)观察焊缝表面的微观组织和腐蚀形貌,以此研究6082-T6铝合金协同脉冲CMT焊缝表面宏观偏析与焊接电流波形特征之间的本质联系,并分析其对焊缝表面耐蚀性的影响。研究结果表明:协同脉冲CMT焊接工艺高频脉冲阶段与CMT阶段平均电流的巨大差异使得两个阶段焊丝填充量不同,焊缝形成明显的鱼鱗纹,且因焊丝填充量不同,鱼鱗纹凹陷处镁含量显著增加,析出更多的Mg_(2)Si相,严重恶化了该区域的耐蚀性,导致焊缝表面耐蚀性呈现局部区域恶化的现象。

高压铸造Al-Si-Cu-Mg-Fe-Mn合金的组织特征及时效后性能

研究了添加微量Mo、Zr元素以及人工时效对高压铸造Al-Si-Cu-Mg-Fe-Mn合金力学性能的影响。结果表明,Mo的添加使合金在高压铸造快速凝固过程中形成细小颗粒状的含Mo相,而Zr元素主要固溶于基体,晶界处细小均匀的含Fe、含Mo相对铸态合金的力学性能具有强化作用。另外,随着自然时效时间增加,Al-9.0Si-2.0Cu-0.2Mg-0.1Fe-0.4Mn-1.8Zn合金、复合添加0.12%的Mo和0.15%的Zr后的合金力学性能均得到提高,其屈服强度与铸态相比分别提高了7.4%和8.8%。经过人工时效后,G.P.区以及θ′相的析出使Al-9.0Si-2.0Cu-0.2Mg-0.1Fe-0.4Mn-1.8Zn合金、复合添加0.12%的Mo和0.15%的Zr后的合金的抗拉强度、屈服强度得到提高,经175℃×6 h人工时效后,Al-9.0Si-2.0Cu-0.2Mg-0.1Fe-0.4Mn-1.8Zn合金的抗拉强度、屈服强度与铸态相比分别增加了8.8%、43.0%,复合添加0.12%的Mo和0.15%的Zr后,合金的抗拉强度、屈服强度与铸态相比分别增加了10.6%、43.8%。

定量分析α-Al(MnFeCr)Si弥散相对Al-Mg-Si合金热变形和显微组织演变的影响

通过在300~500°C及不同应变速率条件下的热压缩试验研究AA6061和含锰Al-Mg-Si-Cu合金的显微组织演变规律。与AA6061合金相比,含锰Al-Mg-Si-Cu合金中大量的α-Al(MnFeCr)Si弥散相有效提高了所有变形条件下合金的流变应力。通过电子背散射衍射测量研究变形参数对显微组织演变的影响。两种合金的主要软化机制为动态恢复。含锰合金中α弥散相的存在有效地细化了取向差为2°~5°的亚结构,从而抑制动态恢复。为了预测不同变形条件下的亚晶粒尺寸,通过修正的Orowan方程计算α弥散相的加入导致的阈值应力,并将其纳入传统的本构方程中。采用修正的本构方程计算的亚晶尺寸与实验数据显示出良好的一致性。

焊丝Si含量对铝合金激光-CMT复合焊接头组织性能的影响

针对铝合金激光-CMT(cold metal transfer)复合焊焊缝性能不足的难点,采用两种不同Si含量焊丝(Al-Si5和Al-Si10焊丝)对铝合金进行激光-CMT复合焊,研究焊丝中Si含量对焊接接头焊缝组织、晶粒尺寸及力学性能的影响规律。研究结果表明,高Si焊缝因焊丝中Si含量升高,焊缝中固溶元素Si含量升高,约是低Si焊缝的1.7倍,为0.60%。虽然高Si焊缝的导热率有所降低,焊缝凝固速度降低导致焊缝晶粒(尺寸约为104μm)明显粗化,但经强度模型计算可知,焊缝中固溶元素Si含量升高所带来的固溶强化作用远高于晶粒粗化所带来的负面影响。因此,高Si焊缝平均硬度高达(69.7±2.0)HV,焊缝强度明显提高,相比于低Si焊缝,屈服强度和抗拉强度分别提高了8.6%和14.1%,分别达到了150 MPa和235 MPa。