本文關(guān)鍵詞：Fe系、Zr系非晶變質(zhì)Al-Cu、Al-Si合金的組織與力學(xué)性能

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【摘要】：由于鋁合金在航空航天、汽車、機(jī)械行業(yè)的廣泛應(yīng)用。各工業(yè)發(fā)達(dá)國家一直在不斷地努力，使鋁合金的性能及加工工藝達(dá)到了一個新的水平以滿足不同行業(yè)的要求。近幾十年來Al-Cu和Al-Si合金的變質(zhì)也引起了材料工作者的廣泛關(guān)注，他們先后利用Na鹽、P、S及稀土等化合物對鋁合金進(jìn)行了變質(zhì)并取得了顯著的效果。目前，由于對鋁合金的性能要求越來越高，亟需開發(fā)新的變質(zhì)劑以滿足鋁合金應(yīng)用方面更高的需求。與此同時，運(yùn)用非晶作為變質(zhì)劑變質(zhì)鋁合金的研究也不多。因此，為了豐富變質(zhì)鋁合金的變質(zhì)機(jī)理，同時擴(kuò)展非晶合金的應(yīng)用。研究非晶變質(zhì)對Al-Cu、Al-Si合金組織和性能的影響具有很高的應(yīng)用價值。 本文以ZL205A合金和A390合金為研究對象，揭示了Fe、Zr系非晶對Al-Cu、Al-Si合金的微觀組織，室溫拉伸性能的影響規(guī)律。探索了非晶變質(zhì)對合金中θ′析出相的數(shù)量、尺寸和分布的影響。提出了變質(zhì)鑄造Al-Cu、Al-Si合金的變質(zhì)機(jī)制和強(qiáng)化機(jī)制。其主要結(jié)論如下： 1、揭示出不同體系非晶的晶化相顆粒在α-Al結(jié)晶的過程中作為異質(zhì)形核的核心，明顯的細(xì)化了α-Al枝晶。其中，ZrCuAlNiLa非晶對ZL205A合金，F(xiàn)e系非晶對A390合金的變質(zhì)效果比較顯著。 i) ZrCuAlNiLa非晶變質(zhì)ZL205A合金，在變質(zhì)時間為1min情況下，組織圖中晶粒變?yōu)槌叽缭?0μm左右的細(xì)小等軸晶。隨著變質(zhì)時間的延長，組織由等軸晶逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榇执蟮臉渲А?ii)經(jīng)過Al-P和ZrCuAlNi非晶復(fù)合變質(zhì)A390合金，初生硅的尺寸變化不大，大約在20μm左右，分布更均勻。共晶硅由原來的團(tuán)簇狀變?yōu)殚L針狀，經(jīng)過T6熱處理后的合金，其共晶硅又變?yōu)榱硕绦〉臈U狀或者點(diǎn)狀。 iii)經(jīng)過Al-P和FeBSi非晶復(fù)合變質(zhì)A390合金，變質(zhì)后的組織中初生硅的尺寸在20μm左右，尖角會變得圓鈍。共晶硅由原來的團(tuán)簇狀變成了長針狀，經(jīng)過T6熱處理后的合金，其共晶硅又變?yōu)榱硕绦〉臈U狀或者點(diǎn)狀并且組織均勻。 2、揭示出不同體系非晶變質(zhì)后的Al-Cu、Al-Si合金的常溫拉伸性能比未變質(zhì)合金明顯提高，其中，ZrCuAlNiLa非晶變質(zhì)ZL205A合金，F(xiàn)e系非晶變質(zhì)A390合金的拉伸性能提高的比較顯著。 i)添加0.2wt.%(Zr55Cu30Al10Ni5)7.2La2.8非晶變質(zhì)ZL205A合金1min時的拉伸性能達(dá)到最優(yōu)，抗拉強(qiáng)度達(dá)到了532.9MPa，比未變質(zhì)合金提高了72.1MPa，斷裂應(yīng)變達(dá)到了15.8%，比未變質(zhì)合金提高了143%。 ii)添加0.5wt.%Al-P+0.2wt.%Zr系非晶復(fù)合變質(zhì)45s時的Al-Si合金抗拉強(qiáng)度達(dá)到最佳效果274.6MPa；延伸率達(dá)到了2.65%。T6熱處理后的變質(zhì)Al-Si合金，加0.5wt.%Al-P+0.2wt.%Zr系非晶復(fù)合變質(zhì)45s后抗拉強(qiáng)度達(dá)到了363.2MPa；斷裂應(yīng)變量達(dá)到最高2.81%。 iii)添加0.5wt.%Al-P+0.1wt.%Fe系非晶復(fù)合變質(zhì)60min時的Al-Si合金抗拉強(qiáng)度達(dá)到最佳效果282.4MPa，延伸率達(dá)到了3.37%。T6熱處理后的變質(zhì)Al-Si合金，加0.5wt.%Al-P+0.1wt.%Fe系非晶復(fù)合變質(zhì)60min后抗拉強(qiáng)度達(dá)到了380.6MPa，延伸率達(dá)到最高3.57%。 3、揭示出不同體系非晶變質(zhì)對合金中θ′析出相的數(shù)量、尺寸和分布的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)經(jīng)過變質(zhì)，θ′析出相的尺寸都變的更小，分布更均勻。 i)非晶變質(zhì)后的θ′變得更加短粗，其平均厚度為10nm左右，平均長度為70.29nm，并且尺寸的分布變得更加均勻。 ii) FeBSi非晶和Al-P復(fù)合變質(zhì)Al-Si合金后的θ′析出相變得更加短粗，數(shù)量更多，密度增大，其平均厚度為20nm左右，平均長度為60.44nm，并且尺寸的分布變得更加均勻。 4、揭示了不同體系非晶變質(zhì)Al-Cu、Al-Si合金的變質(zhì)機(jī)理和強(qiáng)韌化機(jī)理。 i)非晶變質(zhì)Al-Cu、Al-Si合金的機(jī)理為：非晶在加入鋁合金熔體后，迅速晶化成細(xì)小的晶化相，晶化相逐步均勻分散于鋁熔體中，這些均布的晶化顆粒會在合金凝固時作為α-Al相異質(zhì)形核的核心，大大的增加了鋁合金熔體中的形核質(zhì)點(diǎn)，大幅增加了形核率，使α-Al枝晶得到明顯的細(xì)化。 ii)非晶變質(zhì)鋁合金強(qiáng)韌化機(jī)制為：細(xì)晶強(qiáng)化和Orowan強(qiáng)化共同作用。 ①細(xì)晶強(qiáng)化:晶粒數(shù)目越多，晶界增多，阻礙位錯的通過，在宏觀上表現(xiàn)為合金的強(qiáng)韌性提高。 ②Orowan強(qiáng)化：θ′析出相能起到釘扎位錯的作用，阻礙位錯的運(yùn)動，引起位錯增殖，增加合金的位錯存儲的能力。
【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】：TG139.8

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本文編號：1274527