【摘要】：高強(qiáng)韌Al-Cu系鑄件合金在交通、機(jī)械、航空等眾多領(lǐng)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(diǎn)和熱點(diǎn)課題。擠壓鑄造作為一種高效的金屬材料近凈成形技術(shù),易于實(shí)現(xiàn)組織致密和消除鑄造缺陷,不僅能夠制造出復(fù)雜的零件,而且鑄件表面質(zhì)量高,是實(shí)現(xiàn)鋁合金鑄件強(qiáng)韌化的有效途徑。此外,微合金化也是提高Al-Cu鋁合金強(qiáng)韌化的重要途徑。本文將擠壓鑄造技術(shù)與微合金化有機(jī)結(jié)合,以Al-5.0Cu-0.4Mn合金為對(duì)象,采用拉伸力學(xué)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(diǎn)研究了微量元素Zr、V對(duì)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(xué)性能的影響,并與重力鑄造條件下的相應(yīng)合金進(jìn)行了對(duì)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(jié)論如下:(1)針對(duì)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(shí),合金獲得最佳的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率;而對(duì)于熱處理態(tài)Al-5.0Cu-0.4Mn合金,當(dāng)Zr含量從0增加到0.25%時(shí),合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)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(dá)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(duì)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(qiáng)化作用主要是細(xì)晶強(qiáng)化,而T6熱處理后,固溶強(qiáng)化以及二次Al_3Zr粒子和θ'(Al_2Cu)相的彌散強(qiáng)化是主要強(qiáng)化機(jī)制,擠壓鑄造可以顯著改善Al_3Zr粒子的彌散強(qiáng)化效果。Zr對(duì)θ'和T(Al_(20)Cu_2Mn_3)相的析出影響不明顯;擠壓力能夠促進(jìn)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(qiáng)度、屈服強(qiáng)度曲線呈現(xiàn)拋物線狀變化,在V含量為0.25%時(shí)達(dá)到峰值,但伸長率在V含量低于0.25%時(shí)沒有明顯變化,當(dāng)V含量超過0.25%時(shí)急劇下降。T6熱處理后的Al-5.0Cu-0.4Mn合金中,抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率均在V含量為0.25%時(shí)達(dá)到峰值。V在鑄態(tài)Al-5.0Cu-0.4Mn合金中的細(xì)化效果不如Zr。T6熱處理后,V能夠促進(jìn)θ'相的析出,然當(dāng)V含量高于0.25%時(shí)對(duì)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(chǎn)生的初生塊狀A(yù)l_(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(duì)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(shí)合金的綜合性能最優(yōu)。V含量為0.25%時(shí),合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率均達(dá)到峰值。而同時(shí)添加Zr和V時(shí),合金在Zr含量為0.05%、V含量為0.15%時(shí)的綜合力學(xué)性能最好,100MPa擠壓鑄造條件下,合金的抗拉強(qiáng)度為462MPa,屈服強(qiáng)度為365MPa,伸長率為18.6%。Zr含量增加到0.15%后會(huì)產(chǎn)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(duì)含Ti、RE的Al_(10)V數(shù)量及形貌產(chǎn)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(chǔ)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(xué)性能。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG249.2

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