本文選題：Al-Fe合金 + 半固態(tài)觸變成形��； 參考：《沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：針對(duì)常規(guī)鑄造Al-Fe合金力學(xué)性能差的問(wèn)題,本文開(kāi)展了半固態(tài)觸變成形Al-Fe基合金研究工作,研究了合金元素、半固態(tài)觸變成形工藝、熱處理制度等對(duì)合金組織與性能的影響,并發(fā)現(xiàn)了T6熱處理導(dǎo)致半固態(tài)成形Al-Fe基合金力學(xué)性能不升反降的奇異現(xiàn)象,開(kāi)展了合金固溶過(guò)程中的相變、時(shí)效強(qiáng)化相的析出特征及強(qiáng)化機(jī)理研究,確定了該合金反常熱處理行為形成的內(nèi)在機(jī)理。合金元素對(duì)Al-Fe基合金性能影響研究表明,常規(guī)鑄造條件下,Cu、Zn、Mg、Mn合金元素的添加可顯著提高合金的力學(xué)性能,在金屬型鑄造條件下,Al-5.5Fe-4Cu-2Zn-0.4Mg-0.5Mn合金的抗拉強(qiáng)度可達(dá)173.4MPa;T6熱處理能后,合金抗拉強(qiáng)度明顯升高,約為205.3MPa,伸長(zhǎng)率由2.2%提高到4.0%;但T1熱處理對(duì)合金力學(xué)性能的提高有限,經(jīng)過(guò)160℃×6 h時(shí)效處理后,合金抗拉強(qiáng)度約為194.1 MPa。半固態(tài)觸變成形工藝可以有效地細(xì)化Al-Fe基合金的顯微組織,平均晶粒尺寸細(xì)化至7-15μm,合金力學(xué)性能得到顯著提高,抗拉強(qiáng)度達(dá)到270.1MPa,比金屬型鑄造提高了約67%。對(duì)半固態(tài)觸變成形Al-Fe基合金進(jìn)行熱處理,T6處理后工藝不但沒(méi)有提高合金的強(qiáng)度,反而出現(xiàn)大幅度降低現(xiàn)象。在500℃×4h固溶后經(jīng)165℃×6h時(shí)效處理,合金抗拉強(qiáng)度僅為173.8MPa,比熱處理前降低了約36%;而T1處理后合金力學(xué)性能和耐磨性能均得到顯著提高。對(duì)Al-Fe基合金顯微組織分析表明,半固態(tài)觸變成形后,合金中的富Fe相周圍形成了高密度位錯(cuò)塞積;T6處理后,基體中Al_2Cu相發(fā)生溶解,Cu元素沿高密度位錯(cuò)向Al3Fe相擴(kuò)散,形成一層富Cu“光圈”,Cu元素的聚集也造成了合金基體中合金元素的貧化,從而使合金失去了時(shí)效強(qiáng)化的作用。與此同時(shí),固溶后合金晶粒尺寸增大,平均直徑為17~20μm,這也是合金T6熱處理后力學(xué)性能降低的另一個(gè)原因。XRD、DSC分析發(fā)現(xiàn),半固態(tài)Al-Fe基合金在固溶過(guò)程中發(fā)生了不同于其他鋁合金熱處理過(guò)程的新型相變,長(zhǎng)時(shí)間固溶熱處理后,Al7Cu2Fe相在Al3Fe相周圍形核長(zhǎng)大,并形成了包裹Al3Fe相的節(jié)狀相,厚度達(dá)到了500nm左右。通過(guò)第一性原理對(duì)體系總能進(jìn)行了計(jì)算,由結(jié)果可知,Al7Cu2Fe相的生成熱遠(yuǎn)小于Al_2Cu相,Al7Cu2Fe相的穩(wěn)定性相也要大于Al_2Cu相。所以隨著固溶過(guò)程Al_2Cu相逐漸溶解,Cu原子不斷擴(kuò)散到Al3Fe周圍,形成了更為穩(wěn)定的Al7Cu2Fe相,從而達(dá)到了熱力學(xué)平衡狀態(tài)。半固態(tài)觸變成形后的Al-Fe基合金基體中,出現(xiàn)合金元素呈過(guò)飽和狀態(tài)的現(xiàn)象。T1時(shí)效處理初期,在母相α-Al固溶體的{100}面上出現(xiàn)Cu原子聚集區(qū),這些G.P區(qū)與母相保持共格,呈圓盤狀。隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng),Cu原子聚集區(qū)逐漸析出過(guò)渡相θ2相/θ′相,對(duì)合金基體產(chǎn)生有效的強(qiáng)化。T1處理后在晶界上析出球狀和條狀A(yù)l_2Cu相,對(duì)晶界起釘扎作用,阻止了合金在熱處理過(guò)程中晶粒的長(zhǎng)大;同時(shí),基體中細(xì)小呈彌散分布的時(shí)效強(qiáng)化相使合金的力學(xué)性能和耐磨性得到明顯提高。
[Abstract]:In view of the poor mechanical properties of conventional casting Al-Fe alloy, the research work of semi-solid thixoforming Al-Fe based alloy was carried out. The effects of alloy elements, semi-solid thixotropic forming process and heat treatment system on the microstructure and properties of the alloy were studied. The mechanical properties of the Al-Fe based alloy formed by T6 heat treatment in semi-solid forming were found to be non rise. The phase transition in the solid solution process, the precipitation characteristics of the aging hardening phase and the strengthening mechanism are carried out. The internal mechanism of the abnormal heat treatment behavior of the alloy is determined. The influence of the alloy elements on the properties of Al-Fe based alloy shows that the addition of Cu, Zn, Mg and Mn alloy elements can significantly increase the alloy element under the conventional casting conditions. The tensile strength of Al-5.5Fe-4Cu-2Zn-0.4Mg-0.5Mn alloy can reach 173.4MPa under the metal casting condition. After T6 heat treatment, the tensile strength of the alloy increases obviously, it is about 205.3MPa, the elongation of the alloy increases from 2.2% to 4%, but the improvement of the mechanical properties of the alloy by T1 heat treatment is limited. After the aging treatment of 160 C 6 h, the alloy is resistant to the alloy. The 194.1 MPa. semi-solid thixoforming process can effectively refine the microstructure of Al-Fe based alloy, refine the average grain size to 7-15 m, improve the mechanical properties of the alloy significantly and the tensile strength to 270.1MPa, and improve the heat treatment of the semi solid thixoformed Al-Fe based alloy by 67%. to the metal mold casting and T6 treatment. The post process not only does not increase the strength of the alloy, but has a large reduction in the tensile strength of the alloy. The tensile strength of the alloy is only 173.8MPa at 165 C after 4H solution at 500 degrees C, and the tensile strength of the alloy is reduced by about 36% before the heat treatment. The mechanical and wear resistance of the alloy after T1 treatment are greatly improved. The microstructure analysis of the Al-Fe based alloy shows that the microstructure of the alloy has been analyzed. After semi-solid thixotropic forming, high density dislocation plug is formed around the rich Fe phase in the alloy; after T6 treatment, the Al_2Cu phase in the matrix dissolves, and the Cu element diffuses along the high density dislocation to Al3Fe phase, forming a layer of rich Cu "ring", and the aggregation of the Cu element causes the dilution of the alloy elements in the alloy matrix, thus making the alloy lose the aging strength. At the same time, the grain size of the alloy after solid solution increases, the average diameter is 17~20 mu m, which is another reason for the decrease of mechanical properties after T6 heat treatment. DSC analysis shows that the semi solid Al-Fe based alloy has taken place in the solid solution process, which is different from other aluminum alloy heat treatment process, and long time solid solution heat treatment. After that, the Al7Cu2Fe phase grew up around the Al3Fe phase and formed a nodular phase of the Al3Fe phase, and the thickness reached about 500nm. Through the first principle, the total energy of the system was calculated. The result shows that the formation heat of the Al7Cu2Fe phase is far less than the Al_2Cu phase, and the stability phase of the Al7Cu2Fe phase is greater than that of the Al_2Cu phase. Therefore, the Al_2Cu phase is also larger than the Al_2Cu phase. So with the solid solution process Al_2Cu As phase gradually dissolves, Cu atoms continue to diffuse around Al3Fe, forming a more stable Al7Cu2Fe phase, thus reaching the state of thermodynamic equilibrium. In the Al-Fe based alloy matrix after thixotropy, the phenomenon of alloy elements appears supersaturated at the initial stage of.T1 aging treatment, and Cu atom aggregation appears on the {100} surface of the mother phase alpha -Al solid solution. In the area, these G.P regions are in common with the parent phase. With the prolongation of the aging time, the transition phase of theta 2 phase / theta phase is gradually precipitated in the Cu atom gathering area. The spheroidal and striped Al_2Cu phases are precipitated on the grain boundary after the effective intensification of.T1 treatment on the alloy matrix, and the grain boundary is pinning to prevent the grain growth from the alloy during heat treatment. At the same time, the mechanical properties and wear resistance of the alloy were obviously improved by the dispersed dispersed aging strengthening phases in the matrix.

【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG292

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本文編號(hào)：1876638