發(fā)布時間：2017-11-03 12:18

  本文關(guān)鍵詞：NiNbTi非晶孕育處理ZL205A的組織演變規(guī)律和強化機制

  更多相關(guān)文章： ZL205A合金 Ni-Nb-Ti非晶 組織 室溫力學(xué)性能 高溫力學(xué)性能

【摘要】：鋁合金因具有密度小和高強韌等諸多優(yōu)點而吸引了世界各國科研人員的關(guān)注，但鋁合金的室溫和高溫強韌性、抗蠕變等性能還遠遠不能滿足航空航天、重工、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域的要求。為了滿足制造業(yè)發(fā)展需求，鋁合金的綜合性能需要進一步提高。變質(zhì)處理是提高鋁合金強塑性常用的方法，以往的研究中用于變質(zhì)處理鋁合金所用的變質(zhì)劑都是晶態(tài)的，用非晶合金作為變質(zhì)劑來變質(zhì)處理鋁合金細化組織和提高力學(xué)性能的研究工作目前還較少，非晶變質(zhì)處理鋁合金的機制還不清楚。因此，本文采用Ni-Nb-Ti非晶條帶做變質(zhì)劑，研究Ni-Nb-Ti非晶對ZL205A合金中α-Al枝晶和Al2Cu沉淀析出相的形態(tài)、尺寸、數(shù)量、分布對強韌性的影響規(guī)律與作用機制。實現(xiàn)對高強韌變質(zhì)鑄造Al-Cu合金凝固組織演化過程及組織的優(yōu)化與控制，建立組織與性能之間的關(guān)系。為發(fā)展先進的高強韌鑄造鋁合金與其它體系合金材料及其制備新技術(shù)奠定一定的理論基礎(chǔ)。本文的主要研究結(jié)論如下： 1)研究表明，以20K/min的升溫速率進行DSC測得Ni60Nb25Ti15非晶的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg為840K，晶化開始溫度Tx為884K，熔點Tm為1324K以及過冷液相區(qū)△T為44K。Ni60Nb25Ti15非晶在退火和球磨處理晶化后，，主要晶化相為NiTi、Nb0.1Ni0.9和Nb0.03Ni3Ti0.97相。利用JMA方程算得Ni60Nb25Ti15非晶合金的表觀激活能為24.3KJ/mol，利用Kissinger方程計算的激活能Eg=809.4KJ/mol、Ex=625.4KJ/mol，與Ozawa方法求得的激活能相差不大。 2)研究發(fā)現(xiàn)，Ni-Nb-Ti非晶對ZL205A合金中α-Al枝晶、θ′析出相、室溫強韌性的影響規(guī)律及強化機制如下： i.發(fā)現(xiàn)非晶變質(zhì)鋁合金的細化效果顯著，α-Al枝晶更發(fā)達，未變質(zhì)合金α-Al枝晶尺寸在100-200m之間，變質(zhì)合金中枝晶的尺寸隨著加入量的增加先減小后增大，添加0.05wt.%Ni-Nb-Ti非晶時枝晶尺寸最小，為39μm。 ii.發(fā)現(xiàn)隨著Ni-Nb-Ti非晶加入量的增加，變質(zhì)合金的室溫力學(xué)性能均高于變質(zhì)合金的室溫力學(xué)性能，呈先增大后減小的變化規(guī)律。添加0.05wt.%Ni-Nb-Ti非晶、時間為30min時，ZL205A合金的抗拉強度和斷裂應(yīng)變均達到峰值，為534.3MPa和13.36%，分別比未變質(zhì)合金提高了13.2%和99.4%。 iii.Ni-Nb-Ti非晶變質(zhì)ZL205A合金的室溫強化機制：α-Al枝晶的細晶強化和θ′析出相的析出強化。細晶強化：0.05wt.%Ni-Nb-Ti非晶變質(zhì)處理的ZL205A的平均晶粒尺寸由160m細化為39m，晶粒尺寸越小，晶界密度越大，對位錯運動的阻礙作用越強，合金斷裂前能承受更大的塑性變形，合金的強塑性得到提高。析出強化：變質(zhì)合金中的θ′析出相更細密、更均勻。經(jīng)0.05wt.%Ni-Nb-Ti非晶變質(zhì)后，合金中θ′相的長度由100-300nm細化為20-150nm，厚度由5-20nm減為4nm。變質(zhì)鋁合金中Orowan強化效果更明顯，合金的室溫拉伸性能提高。 3) Ni-Nb-Ti非晶變質(zhì)ZL205A合金的變質(zhì)機制為：Ni-Nb-Ti非晶加入到合金熔體中，迅速晶化為細小的NiTi, Nb0.1Ni0.9和Nb0.03Ni3Ti0.97相，這些晶化相在合金熔體中均勻分布，熔體凝固過程中，NiTi相作為α-Al相的異質(zhì)形核核心，增加形核率，變質(zhì)ZL205A中α-Al枝晶得到明顯細化。 4)揭示出Ni-Nb-Ti非晶變質(zhì)合金的高溫拉伸性能比未變質(zhì)合金的拉伸性能有顯著提高。在相同的溫度下，應(yīng)變速率越大，變質(zhì)合金的抗拉強度越高；應(yīng)變速率一定時，隨著溫度的升高，變質(zhì)合金的力學(xué)性能下降。在453K和10-1s-1的條件下，0.05wt.%Ni-Nb-Ti非晶變質(zhì)合金的抗拉強度和斷裂應(yīng)變最大，分別為406.3MPa和17.60%，分別比相同實驗條件下未變質(zhì)合金提高了34.4%和182.1%。 5) Ni-Nb-Ti非晶變質(zhì)ZL205A合金高溫強化機制為細晶強化和析出強化。①細晶強化：經(jīng)0.05wt.%Ni-Nb-Ti非晶變質(zhì)處理后，合金的平均晶粒尺寸由160m減為39m，晶粒尺寸明顯減小，晶界密度增加，對位錯的阻礙作用增強。隨著溫度的升高，晶界會軟化，從而弱化晶界強化的效果。②析出強化：變質(zhì)合金中θ析出相更加細密，分布更均勻。533K、10-4s-1條件下，未變質(zhì)合金中θ析出相的長度在~220nm，厚度在10-30nm之間，0.05wt.%Ni-Nb-Ti非晶變質(zhì)合金中θ析出相的平均長度130nm，厚度在8-25nm之間，大量細小的θ′析出相阻礙位錯運動，強化了析出相與位錯及位錯之間的交互作用，合金強塑性同時提高。
【關(guān)鍵詞】：ZL205A合金 Ni-Nb-Ti非晶 組織 室溫力學(xué)性能 高溫力學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.21
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 目錄9-13
• 第1章 緒論13-29
• 1.1 選題意義13
• 1.2 鋁合金國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-19
• 1.2.1 鋁合金強韌性的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 提高鋁合金強韌性的途徑16-19
• 1.3 鋁合金變質(zhì)機制的研究19-23
• 1.4 鋁合金的強韌化機制23-25
• 1.4.1 細晶強化機制23
• 1.4.2 析出強化23-25
• 1.5 鋁合金高溫及高溫蠕變性能的研究現(xiàn)狀25-28
• 1.5.1 鋁合金高溫強韌性的研究25-26
• 1.5.2 鋁合金高溫蠕變行為的研究26-27
• 1.5.3 蠕變機制27-28
• 1.6 研究內(nèi)容28-29
• 第2章 實驗方法29-35
• 2.1 實驗材料29
• 2.2 合金的制備29-31
• 2.2.1 Ni-Nb-Ti 非晶條帶的制備29-31
• 2.2.2 未變質(zhì)鑄造 Al-Cu 合金的制備31
• 2.2.3 變質(zhì)鑄造鋁銅合金的制備31
• 2.3 熱處理實驗31-32
• 2.4 實驗流程32
• 2.5 合金的顯微組織和相分析32-33
• 2.5.1 金相觀察32-33
• 2.5.2 X 射線衍射分析(X-ray diffraction, XRD)33
• 2.5.3 掃描電子顯微鏡觀察33
• 2.5.4 透射電子顯微鏡分析33
• 2.6 室溫和高溫力學(xué)性能分析33-34
• 2.6.1 室溫力學(xué)性能33-34
• 2.6.2 高溫力學(xué)性能34
• 2.7 非晶的表征方法34-35
• 2.7.1 差示掃描量熱分析(DSC)34
• 2.7.2 Ni-Nb-Ti 非晶的球磨處理34-35
• 第3章 Ni-Nb-Ti 非晶合金的晶化行為分析35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 Ni_(60)Nb_(25)Ti_(15)非晶合金的表征35-36
• 3.2.1 Ni_(60)Nb_(25)Ti_(15)非晶合金 X 射線衍射分析(XRD)35-36
• 3.2.2 差示掃描量熱分析(DSC)36
• 3.3 退火溫度對 Ni_(60)Nb_(25)Ti_(15)非晶晶化產(chǎn)物的影響36-37
• 3.4 球磨處理對 Ni_(60)Nb_(25)Ti_(15)非晶晶化的影響37-38
• 3.5 Ni_(60)Nb_(25)Ti_(15)非晶晶化動力學(xué)分析38-43
• 3.5.1 等溫晶化動力學(xué)分析39-41
• 3.5.2 非等溫晶化動力學(xué)分析41-43
• 3.6 本章小結(jié)43-45
• 第4章 NiNbTi非晶對ZL205A合金組織和室溫力學(xué)性能的影響規(guī)律及機制45-69
• 4.1 引言45
• 4.2 添加不同量 Ni-Nb-Ti 非晶對 ZL205A 組織與力學(xué)性能的影響45-51
• 4.2.1 添加不同量 Ni-Nb-Ti 非晶對 ZL205A 合金組織的影響45-48
• 4.2.2 添加不同量 Ni-Nb-Ti 非晶對 ZL205A 合金力學(xué)性能的影響48-50
• 4.2.3 ZL205A 合金室溫拉伸斷口形貌50-51
• 4.3 不同變質(zhì)時間對 ZL205A 合金組織與室溫力學(xué)性能的影響51-54
• 4.3.1 變質(zhì)時間對 ZL205A 合金組織的影響51-53
• 4.3.2 變質(zhì)時間對 ZL205A 合金力學(xué)性能的影響53-54
• 4.4 不同非晶添加工藝對 ZL205A 組織細化及力學(xué)性能的影響54-61
• 4.4.1 攪拌工藝對 ZL205A 合金組織與力學(xué)性能的影響54-56
• 4.4.2 球磨處理的 Ni-Nb-Ti 對 ZL205A 合金組織與力學(xué)性能的影響56-58
• 4.4.3 晶化的 Ni-Nb-Ti 對 ZL205A 合金組織及力學(xué)性能的影響58-61
• 4.5 Ni-Nb-Ti 非晶變質(zhì) ZL205A 合金的細化機制和強韌化機制61-67
• 4.5.1 Ni-Nb-Ti 非晶變質(zhì) ZL205A 合金的細化機制61-65
• 4.5.2 Ni-Nb-Ti 非晶變質(zhì) ZL205A 合金的強韌化機制65-67
• 4.6 本章小結(jié)67-69
• 第5章 Ni-Nb-Ti 非晶變質(zhì) ZL205A 鋁合金高溫變形行為69-87
• 5.1 引言69
• 5.2 不同應(yīng)變速率下 ZL205A 合金高溫變形行為及力學(xué)性能69-75
• 5.3 不同溫度下 Ni-Nb-Ti 非晶變質(zhì) ZL205A 的高溫變形行為75-78
• 5.4 Ni-Nb-Ti 非晶變質(zhì) ZL205A 高溫變形行為分析78-82
• 5.5 Ni-Nb-Ti 非晶變質(zhì) ZL205A 的高溫強韌化機制82-84
• 5.6 本章小結(jié)84-87
• 第6章 結(jié)論87-89
• 參考文獻89-97
• 作者簡介及科研成果97-98
• 致謝98

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;Instability of TiC and TiAl3 compounds in Al-10Mg and Al-5Cu alloys by addition of Al-Ti-C master alloy[J];Journal of University of Science and Technology Beijing(English Edition);2006年02期

2 于麗娜,劉相法,邊秀房;鈦化物在鋁熔體中的沉淀現(xiàn)象[J];材料科學(xué)與工藝;2003年02期

3 徐國富,聶祚仁,金頭男,榮莉,阮海瓊,尹志民;微量鈧對Al-3%Cu合金組織與性能的影響[J];金屬熱處理;2004年03期

4 寧遠濤,周新銘,戴紅;稀土元素在Al中固溶度亞穩(wěn)擴展研究[J];金屬學(xué)報;1992年03期

5 李衛(wèi)紅,邊秀房,李海勇,段佑峰;Al-Cu共晶合金熔體中稀土Ce與氫的相互作用[J];金屬學(xué)報;2001年08期

6 楊成剛,國旭明,洪張飛,錢百年;電磁攪拌對2219Al-Cu合金焊縫組織及力學(xué)性能的影響[J];金屬學(xué)報;2005年10期

7 張建新,鐘建華;用于鋁合金晶粒細化的中間合金研究現(xiàn)狀與分析[J];鋁加工;2002年01期

8 燕戰(zhàn)秋,華潤蘭;論汽車輕量化[J];汽車工程;1994年06期

9 樸東學(xué),齊笑冰,李慧玉,朱文杰,李智江,張成群,李忠文,關(guān)宏;汽車輕量化用金屬材料的現(xiàn)狀及展望[J];水利電力機械;1999年03期

10 傅高升,孫鋒山,王連登,康積行;中間合金對鋁合金細化處理的現(xiàn)狀分析與初探[J];特種鑄造及有色合金;2001年02期

本文編號：1136162