【摘要】：本文以Al-Si-Mg合金為主要研究對(duì)象,在20℃~-80℃的環(huán)境中進(jìn)行拉伸性能測試,通過掃描電子顯微鏡觀察了斷口形貌及斷口附近的位錯(cuò)滑移帶分布,金相顯微鏡觀察了斷口處的組織結(jié)構(gòu)及裂紋分布,透射電子顯微鏡觀察了斷口附近的位錯(cuò)分布及形貌,并采用ANSYS軟件模擬加載過程中的應(yīng)力分布。當(dāng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度由20℃下降至-80℃時(shí),隨著環(huán)境溫度的降低Al-7.0Si-0.3Mg合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度提高,但伸長率降低。而在Al-1.0Si-0.3Mg合金中,隨著環(huán)境溫度的降低合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率都表現(xiàn)為提高。在室溫環(huán)境中,基體內(nèi)激活能較高,位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力較小,但在低溫環(huán)境下基體內(nèi)激活能降低,位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力增大,這是導(dǎo)致鑄造Al-Si-Mg合金抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度增加的主要原因。通過Si相對(duì)Al-Si-Mg合金在不同溫度下拉伸斷裂行為影響的研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn):Al-1.0Si-0.3Mg合金中的Si相數(shù)量較少,拉伸過程中位錯(cuò)塞積使細(xì)小Si相容易發(fā)生脫落,基體中形成了微孔洞;同時(shí)拉伸過程產(chǎn)生的位錯(cuò)容易在晶界處塞積,產(chǎn)生應(yīng)力集中,從而使相鄰晶粒的位錯(cuò)源啟動(dòng),合金表現(xiàn)出較高的塑性。在鑄造Al-1.0Si-0.3Mg合金中,裂紋的擴(kuò)展過程是組織內(nèi)部微孔洞的生長及連接過程,在低溫環(huán)境下Al-1.0Si-0.3Mg合金塑性變形均勻性提高是合金伸長率增加的主要原因。然而,Al-7.0Si-0.3Mg合金中的Si相數(shù)量較多,拉伸過程中位錯(cuò)容易在Si相處發(fā)生塞積,產(chǎn)生的應(yīng)力集中直接作用在粗大的Si相上,使Si相發(fā)生斷裂,在合金中形成微裂紋;另一方面,使相鄰晶粒的位錯(cuò)源不易啟動(dòng),從而使Al-7.0Si-0.3Mg合金的抗拉強(qiáng)度較高,但塑性較低。隨著環(huán)境溫度的降低,Al-7.0Si-0.3Mg合金中Si相斷裂數(shù)量和合金基體強(qiáng)度增加,斷裂Si相造成的裂紋尖端的應(yīng)力集中增大,從而引發(fā)了準(zhǔn)解理斷裂,這是導(dǎo)致Al-7.0Si-0.3Mg合金低溫下伸長率下降的主要原因。Al-7.0Si-0.3Mg合金在鑄態(tài)時(shí),基體中的共晶Si相呈粗大的板片狀,在拉伸變形過程中Si相附近容易塞積大量位錯(cuò),引發(fā)解理斷裂,因而鑄態(tài)合金的強(qiáng)度和伸長率較低。在低溫環(huán)境下鋁基體中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增加,使得Si相斷裂數(shù)量增加,合金的伸長率進(jìn)一步降低。在固溶處理后,Al-7.0Si-0.3Mg合金中的Si相發(fā)生了粒化,Si相顆粒尺寸減小、形貌圓整,合金在拉伸變形過程中塞積位錯(cuò)數(shù)量減少,Si相發(fā)生解理斷裂的數(shù)量減小,合金強(qiáng)度和伸長率都明顯升高。固溶后期,由于Si相發(fā)生了粗化,且長寬比略有回升,導(dǎo)致合金強(qiáng)度和伸長率下降。時(shí)效初期Al-7.0Si-0.3Mg合金基體內(nèi)部出現(xiàn)GP區(qū),隨著時(shí)效時(shí)間的延長形成針狀β″相。時(shí)效10h時(shí),基體中β″長成棒狀β′,此時(shí)合金強(qiáng)度達(dá)到最大。在過時(shí)效階段,β′最后生長成為片狀β使合金強(qiáng)度降低。在Al-7.0Si-0.3Mg合金中,由于鋁基體和Mg2Si相的線膨脹系數(shù)不同,在低溫冷縮效應(yīng)作用下基體受Mg2Si相擠壓,在Mg2Si相周圍形成彈性應(yīng)力場,從而阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)應(yīng)力場中的刃型位錯(cuò)多余半原子面在Mg2Si相一側(cè)時(shí),位錯(cuò)受到斥力作用。而應(yīng)力場中的刃型位錯(cuò)多余半原子面背向Mg2Si相一側(cè)時(shí),位錯(cuò)受到引力作用。Al-7.0Si-0.3Mg合金在低溫下對(duì)應(yīng)力集中的敏感性增強(qiáng),其中屈服強(qiáng)度不受缺口敏感性的影響,而抗拉強(qiáng)度和伸長率對(duì)應(yīng)力集中較為敏感。在拉伸過程中Al-7.0Si-0.3Mg合金缺口試樣由于受應(yīng)力集中影響,在缺口根部的共晶組織產(chǎn)生初始裂紋。而在光滑試樣中,鑄件內(nèi)部缺陷附近的Si相在應(yīng)力集中的作用下容易發(fā)生斷裂形成初始裂紋。在低溫環(huán)境下,基體強(qiáng)度的增加使缺口附近的應(yīng)力集中增大,促進(jìn)了Si相的斷裂,從而使合金的缺口敏感性增加。裂紋在擴(kuò)展過程中由尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中,使位錯(cuò)在附近的Si相處塞積,斷裂的Si相進(jìn)一步增加了鋁基體內(nèi)部的應(yīng)力集中,使鋁基體被撕裂,這是裂紋沿著Si相分布擴(kuò)展的主要原因。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG146.21

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本文編號(hào)：2455827