發(fā)布時間：2019-02-24 15:53

【摘要】：高強韌Al-Cu系鑄件合金在交通、機械、航空等眾多領域有廣泛的用途,如何最大限度提升鑄造Al-Cu系合金的綜合性能一直是該類合金的研究重點和熱點課題。擠壓鑄造作為一種高效的金屬材料近凈成形技術,易于實現(xiàn)組織致密和消除鑄造缺陷,不僅能夠制造出復雜的零件,而且鑄件表面質量高,是實現(xiàn)鋁合金鑄件強韌化的有效途徑。此外,微合金化也是提高Al-Cu鋁合金強韌化的重要途徑。本文將擠壓鑄造技術與微合金化有機結合,以Al-5.0Cu-0.4Mn合金為對象,采用拉伸力學性能測試、宏觀腐蝕、金相顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、能譜(EDS)和透射電鏡(TEM)等手段,重點研究了微量元素Zr、V對含與不含Ti、RE的擠壓鑄造Al-5.0Cu-0.4Mn合金微觀組織和力學性能的影響,并與重力鑄造條件下的相應合金進行了對比分析。最終優(yōu)化出綜合性能最佳的合金成份,最后基于該合金成份開展了擠壓鑄造重載車輪的試制。主要結論如下:(1)針對鑄態(tài)Al-5.0Cu-0.4Mn合金,無論是擠壓鑄造還是重力鑄造,在Zr含量為0.25%時,合金獲得最佳的抗拉強度、屈服強度和伸長率;而對于熱處理態(tài)Al-5.0Cu-0.4Mn合金,當Zr含量從0增加到0.25%時,合金的抗拉強度和屈服強度都隨著Zr含量的增加而顯著增加,但伸長率在Zr含量為0.15%達到最大值。擠壓鑄造可以顯著改善不同Zr含量合金的伸長率,且對鑄態(tài)合金伸長率的提升幅度明顯優(yōu)于熱處理態(tài)合金。Zr在含與不含Ti、RE的鑄態(tài)Al-5.0Cu-0.4Mn合金中的強化作用主要是細晶強化,而T6熱處理后,固溶強化以及二次Al_3Zr粒子和θ'(Al_2Cu)相的彌散強化是主要強化機制,擠壓鑄造可以顯著改善Al_3Zr粒子的彌散強化效果。Zr對θ'和T(Al_(20)Cu_2Mn_3)相的析出影響不明顯;擠壓力能夠促進θ'相的析出,然卻抑制了T相的析出。(2)無論是擠壓鑄造還是重力鑄造,隨著V含量的增加,鑄態(tài)Al-5.0Cu-0.4Mn合金中的抗拉強度、屈服強度曲線呈現(xiàn)拋物線狀變化,在V含量為0.25%時達到峰值,但伸長率在V含量低于0.25%時沒有明顯變化,當V含量超過0.25%時急劇下降。T6熱處理后的Al-5.0Cu-0.4Mn合金中,抗拉強度、屈服強度和伸長率均在V含量為0.25%時達到峰值。V在鑄態(tài)Al-5.0Cu-0.4Mn合金中的細化效果不如Zr。T6熱處理后,V能夠促進θ'相的析出,然當V含量高于0.25%時對T相的析出具有抑制作用。V主要是固溶在α(Al)基體和T相中,過量V產生的初生塊狀Al_(10)V在熱處理后其形貌與成份均未發(fā)生明顯變化。(3)針對添加了0.1%Ti和0.1%RE的Al-5.0Cu-0.4Mn合金,無論是重力鑄造還是擠壓鑄造,T6熱處理后,Zr含量為0.15%時合金的綜合性能最優(yōu)。V含量為0.25%時,合金的抗拉強度、屈服強度和伸長率均達到峰值。而同時添加Zr和V時,合金在Zr含量為0.05%、V含量為0.15%時的綜合力學性能最好,100MPa擠壓鑄造條件下,合金的抗拉強度為462MPa,屈服強度為365MPa,伸長率為18.6%。Zr含量增加到0.15%后會產生“Zr中毒”,添加0.05%V即析出初生塊狀含Ti和RE的Al_(10)V,且隨著V含量增加,其數(shù)量和尺寸增大,擠壓鑄造未能消除合金中的“Zr中毒”現(xiàn)象,也未對含Ti、RE的Al_(10)V數(shù)量及形貌產生明顯影響。(4)基于綜合性能最優(yōu)的合金成份Al-5.0Cu-0.4Mn-0.1Ti-0.1RE-0.05Zr-0.15V,開展了擠壓鑄造重載車輪的試制。在基于數(shù)值模擬等工藝優(yōu)化的基礎上,采用多極壓射模式,獲得了性能較好的鑄件,T6熱處理后的鑄件性能顯著優(yōu)于目前常用A356合金鑄件的力學性能。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG249.2

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本文編號：2429695