时效工艺对Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Er铝合金组织与耐腐蚀性影响

采用剥落腐蚀、极化曲线、电导率、力学性能测试和TEM显微组织分析,研究T6、T74及RRA时效工艺对Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Er铝合金的组织、力学性能与耐腐蚀性的影响.结果表明:①T6态合金的强韧性最高（σ_b:663.5 MPa、σ_0.2:625.4 MPa、δ:12.46 %）,但易腐蚀;与T6态合金相比,T74态合金（σ_b:640.2 MPa、σ_0.2:621.3 MPa、δ:11.34 %）的耐腐蚀性最好,但以牺牲强度为代价,而RRA态合金（σ_b:657.8 MPa、σ_0.2:628.8 MPa、δ:11.98 %）虽强韧性略低于T6态合金,但耐腐蚀性明显改善,综合性能优异.②合金的强度及耐腐蚀性分别与晶内η′析出相和晶界η析出相有关.晶内大量的η′析出相分布越均匀、弥散,尺寸越细小,合金的强度越高;晶界粗大的η析出相分布越离散,合金的耐腐蚀性越好.这与第一性原理计算的η′相与η相的理化性质相吻合.      

铜含量对Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Cr-Yb超强铝合金组织与性能的影响

采用铸锭冶金法制备Al-Zn-Mg-xCu-Zr-Cr-Yb超强铝合金,通过金相显微镜和扫描电镜观察以及晶间腐蚀、剥落腐蚀与应力腐蚀等实验,研究Cu含量(0.8%~2.2%,质量分数)对该合金组织与性能的影响。结果表明:随Cu含量降低,合金的残余结晶相数量减少,力学性能提高,抗腐蚀性能先升高后降低。当Cu含量为1.3%时,Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Cr-Yb合金的综合性能最佳,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为720.7 MPa,704.2 MPa和9.1%;应力腐蚀指数ISSRT=0.031。     

钆对AZ91合金组织和性能的影响

分析钆在AZ91合金中的形貌、相组成、组织成分对力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明,钆的含量为1%~3%时,合金晶粒尺寸随着钆含量的增加而减小,且由树枝晶向等轴晶转变;当钆含量超过3%时,晶粒尺寸随钆含量增加开始逐步增大,且晶内缺陷增加;在钆含量达到5%时,合金中再次出现枝晶组织。当合金中钆含量为3%时,力学性能最好,其室温抗拉强度为261.6 MPa,延伸率为4.6%,分别比不添加钆的合金提高了34.6%和70.4%;200℃的抗拉强度为148.7 MPa,延伸率为4.1%,分别比不添加钆的合金提高了47.8%和32.3%。随着钆含量的增加,合金的腐蚀电流密度大幅度降低,自腐蚀电位略有增加。     

添加少量Zn、Cu的5083铝合金的力学和腐蚀性能

研究三种不同Cu和/或Zn含量的Al-Mg合金的力学性能、腐蚀性能,并且与标准成分的5083铝合金的性能进行比较。实验结果表明,添加Cu会降低合金的晶间腐蚀性能,添加过量的Zn会降低合金延伸率。在本研究中,制备出的添加0.56%Zn+0.16%Cu的合金组分表现出良好的力学性能与腐蚀性能,而合金强度与耐蚀性能提高是由于合金中析出了许多细长棒状的η-MgZn_2相。     

Mg/Si对Al-Mg-Si铸造合金组织和性能的影响

采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、力学性能测试、剥落腐蚀、晶间腐蚀、和电化学工作站等实验手段,研究了不同Mg/Si(原子分数比,下同)对Al-Mg-Si铸造合金的力学性能、腐蚀性能及微观组织的影响。研究表明,Mg/Si为1.1时合金具有最佳的力学性能和耐蚀性(抗拉强度和屈服强度分别为275和253MPa,晶间腐蚀深度为73.76μm);Mg/Si在1.1~3.1之间,强度随Mg/Si升高而下降,Mg/Si增大到3.1时,抗拉强度仅为181MPa,延伸率随Mg/Si升高而增加,但变化幅度不大;晶间腐蚀敏感度大体上随Mg/Si减小而升高,但在Mg/Si为1.1时耐晶间腐蚀性能有显著的提高;剥落腐蚀敏感度无太大差异,均为PA等级,耐剥落腐蚀性能良好。T6热处理态晶内析出相析出密度随Mg/Si增加发生变化,低Mg/Si的合金1的析出密度高于高Mg/Si的合金3,高分辨结果显示晶内析出相为强化相,并且在晶界处均未观察到明显析出相和无沉淀析出带(PFZ)。     

回归再时效对超高强铝合金力学性能及组织的影响

在传统的回归再时效(retrogression and re-aging,RRA)工艺(峰时效)基础上降低预时效或再时效温度,对Fe和Si杂质含量高的超高强Al-Zn-Mg-Cu合金挤压棒材进行RRA处理,通过拉伸性能和疲劳性能测试以及扫描电镜和透射电镜观察,研究RRA工艺对合金力学性能与组织的影响。结果表明:降低预时效或再时效温度都可明显提高该合金的塑性和抗疲劳损伤性能,略微降低合金的抗拉强度。采用峰时效温度(120℃)RRA处理后的合金,晶内的主要析出相为尺寸较大的η′相,不能被位错切割,合金强度较高(674 MPa),但塑性和抗疲劳损伤性能差,伸长率为11.1%,最终应力强度因子幅值ΔK=26.8 MPa·m1/2;降低时效温度可增加析出相中GP区粒子的比例,减小η′相的尺寸,从而提高塑性变形能力以及抗疲劳损伤性能。     

Zn及热处理制度对2056铝合金力学性能及局部腐蚀行为的影响

通过拉伸性能测试、晶间腐蚀(IGC)、剥落腐蚀(EXCO)实验、极化曲线测试及透射电镜(TEM)分析,研究Zn元素和不同热处理制度对2056铝合金室温常规力学性能、抗晶间腐蚀性能、抗剥落腐蚀性能及微观组织的影响。结果表明,微量Zn均匀存在于合金的各个位置,可促进S′相的析出和提高合金强度;减小晶内与晶界的电化学腐蚀动力,使晶界析出的S相数量减少并不连续分布,无沉淀析出带(PFZ)变窄,提高合金的抗晶间腐蚀性能和抗剥蚀性能。与T6处理态相比,经T8处理后,晶内析出的S′相数量增加、尺寸减小、分布均匀,合金的强度显著提高,塑性降低;同时,沿晶界析出的S相数量减少,PFZ变窄,合金的抗晶间腐蚀和抗剥落腐蚀能力提高。在3.5%的NaCl溶液中进行的极化曲线测试也表现出相同的结果。     

Cu含量对Al-Cu合金板材组织及性能的影响

本文通过先熔炼铸锭,后轧制成板材的方法,制备了不同Cu含量的铝铜合金板材,研究了Cu含量变化(1.287%～9.806%)对合金板材显微组织、力学性能和成形性能的影响。结果表明,随着Cu含量的增加,合金中弥散析出的第二相质点逐渐增多;Cu含量在5.654%～9.806%范围时合金的力学性能较为理想,当Cu含量为5.654%时,合金的成形性能最好,此时板材的极限拉伸系数为0.75,制耳率低至3.8%。     

时效对新型Al-Zn-Mg-Cu合金力学及应力腐蚀性能的影响

通过力学性能和电导率测试、慢应变速率试验(SSRT)以及显微组织TEM分析,研究了不同时效制度对新型Al-7.5Zn-1.7Mg-1.4Cu-0.12Zr合金力学及应力腐蚀性能的影响。结果表明,合金的力学性能和应力腐蚀性能与时效制度密切相关。T6状态下,晶内析出相弥散细小,晶界析出相呈连续分布,合金的强度最高,抗应力腐蚀性能最差;经T7双级过时效处理后,晶界析出相粗化呈离散分布,出现明显宽化的晶间无析出带,合金的抗应力腐蚀性能得到明显提高,但其强度损失较多。经三级时效处理后,合金的组织综合了T6态和T7态的优点,使合金既有高的强度又有良好的抗应力腐蚀性能,合金的极限抗拉强度、屈服强度、伸长率和电导率分别达到580,570 MPa,16.7%和23.3 MS.m-1。     

Zn-(0.3～0.9)Cu-0.3Ti合金组织演变与耐蚀性能研究

设计熔炼了Zn-(0.3～0.9)Cu-0.3Ti(%，质量分数)合金，采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、电化学腐蚀测试等研究了不同含量Cu添加对Zn-Cu-0.3Ti合金组织与耐蚀性能的影响。在Zn-Cu-0.3Ti合金的凝固组织中发现析出相有CuZn₅, TiZn₃和TiZn₁₅。CuZn₅纳米颗粒(15～50 nm)弥散分布在Zn基体内部，微米级TiZn₃颗粒(0.8～2.5μm)存在于相界面附近，条状的TiZn₁₅相存在于晶界处。随着Cu含量的增加，Zn基体由不发达枝晶或等轴晶形貌演变为等轴晶形貌，并且析出的CuZn₅纳米颗粒明显增多。通过分析Zn-(0.3～0.9)Cu-0.3Ti合金的极化曲线和交流阻抗(EIS)曲线，讨论了合金的腐蚀机制。     

Nb含量对机械合金化Cu-Nb合金组织与性能的影响

在金属铜粉中分别加入1.5%和6%的Nb粉(质量分数),通过机械合金化和800℃/2 h/30 MPa条件下真空热压,制备Cu-1.5%Nb和Cu-6%Nb合金,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及电导率与硬度测试,研究Nb含量对合金微观组织结构与性能的影响。结果表明,通过机械合金化得到的Cu-1.5%Nb和Cu-6%Nb复合粉末,Cu相平均晶粒尺寸分别约为17和13 nm。Nb含量增加有助于抑制Cu晶粒长大,热压Cu-6%Nb合金中Cu相的平均晶粒尺寸保持纳米级(65 nm),而Cu-1.5%Nb合金的Cu晶粒平均尺寸为亚微米级,约为110 nm。热压过程中脱溶析出的Nb颗粒尺寸分布为双模态,既有尺寸大于100 nm的粗大Nb粒子,也有尺寸小于10 nm的纳米Nb粒子。与Cu-1.5%Nb合金相比,Cu-6%Nb合金的显微硬度(HV)提高了112,但电导率降低约7.54×10~6 S/m。细晶强化和弥散强化是Cu-Nb合金的主要强化机制。     

Cu、Li含量及比例对Al-(3.2～3.9)Cu-(0.8～1.4)Li-X合金T8时效析出行为的影响

研究了Cu、Li含量及比例对Al-(3.2~3.9)Cu-(0.8~1.4)Li-0.4Mg-0.4Ag-0.3Mn-0.1Zr合金T8时效(155℃)时的时效析出行为的影响。上述成分合金Cu/Li比例会影响析出相的演化。延长时效时间会降低Cu/Li比例较低合金中θ′相的数量和尺寸,但导致Cu/Li比例较高的合金中θ′相的数量和尺寸增加。     

Ce和Cu复合合金化对A356.2合金组织和力学性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、室温拉伸试验机等研究了Ce和Cu复合合金化对A356.2铝合金组织和力学性能的影响。结果表明，在单独添加Ce时，随着Ce含量的增加，A356.2铝合金中的α-Al相得到不同程度的细化，在添加0.1%的Ce时，合金中α-Al相的二次枝晶臂间距最小为29.6μm,其抗拉强度最佳，为310.8 MPa。因此选用0.1%Ce和不同含量的Cu来研究其对A356.2合金组织和力学性能的影响，随着Cu含量增加，A356.2合金中α-Al相得到细化，共晶Si得到有效的变质，并且出现新的Al₂Cu和Al₈Cu₄Ce相，起到固溶强化和弥散强化的作用，提高了合金的强度。在添加1.5%Cu和0.1%的Ce后，A356.2铝合金力学性能最好，抗拉强度为350.75 MPa,屈服强度为273.80 MPa,延伸率为6.52%。     

Cu对牙科用Ti-10Zr合金组织和耐磨性能的影响

采用WS-4型非自耗电弧炉制备了含Cu的牙科用Ti-10Zr-xCu合金系,通过物相分析、显微组织观察、硬度和磨损性能测试等手段,研究Cu元素对牙科用Ti-10Zr合金组织和耐磨性能的影响。结果表明,该系列合金由α主相和少量的β相组成,随Cu含量的增加,合金中β相比例增大,且细晶强化作用逐渐加强。合金的维氏硬度从230 MPa增加到290 MPa,比Ti-10Zr合金高5%～26%。同时,随Cu含量增加,合金粘着磨损、磨粒磨损作用逐渐减弱,耐磨性显著提高。当铜含量为3%时,合金具有最好的综合力学性能。     

L12-γ′相共格析出强化 Cuy （Ni3/4Al1/4 ）100-y合金显微组织与性能研究

纳米球状L12-γ′相（Pm-3m,a=0.3572 nm）的共格析出强化Cu-Ni-Al合金兼具优异的力学性能及一定的导电性能,被广泛应用于轨道交通、海洋运输等领域。目前缺乏纳米球状L12-γ′相共格析出的Cu-Ni-Al显微组织演变及性能关联的系统研究。本文锁定Ni∶Al原子比3∶1,制备了系列Cu（y Ni3/4Al1/4）100-y（y=75.00,80.00,85.71,90.00,93.75;原子分数）合金,并详细探讨了合金性能（硬度、电导率及软化温度）、合金成分及显微组织之间的关联。结果表明,低温时效后样品出现大量的退火孪晶并析出纳米球状L12-γ′相。低温时效后Cu-Ni-Al合金的强化机制包括细晶强化和析出强化,随着Cu含量增加（Ni+Al含量减少）,退火孪晶含量减少且L12-γ′相的析出含量逐渐增加,合金硬度、屈服强度及极限抗拉强度也随之降低。而合金导电性能与固溶在Cu基体中的溶质含量相关。最后,通过软化温度测试衡量了合金在高温下的应用潜力。本研究为高性能Cu-Ni-Al合金成分设计提供了有效的实验及理论依据。     

时效制度对1441Al-Li合金抗腐蚀性能的影响

对固溶态1441Al-Li合金板材分别进行T6时效,以及5%冷轧预变形后再进行150℃时效,即T8时效处理,通过晶间腐蚀(IGC)、剥落腐蚀(EXCO)实验、极化曲线测试及透射电镜(TEM)分析,研究时效制度对1441铝锂合金的室温抗晶间腐蚀性能、抗剥落腐蚀性能及微观组织的影响。结果表明,合金经T6或T8时效处理后,随时效时间延长,合金微观组织由欠时效的晶内析出均匀的δ′相,变为晶内析出δ′相和S′相,以及沿晶界析出平衡相δ相和S相,因此合金抗腐蚀性能顺序为欠时效峰时效过时效。与T6时效态相比,经T8时效处理后,晶内析出的δ′相和S′相的数量增加、尺寸减小、分布均匀;同时,沿晶界析出的δ相和S相数量减少,PFZ变窄,合金的抗晶间腐蚀和抗剥落腐蚀能力提高。在3.5%NaCl溶液中进行的极化曲线测试表现出相同的结果。     

硼元素对FB2钢组织和力学性能的影响

 为了研究硼含量对FB2钢组织和力学性能的影响,先对5组不同硼含量的FB2钢用维乐试剂(1 g苦味酸+5 mL盐酸+100 mL无水乙醇)浸泡腐蚀90 s后进行形貌观察与分析。通过SEM-EDS观察分析基体中M₂₃C₆型碳化物,然后用Image-pro plus软件对析出相的尺寸进行分析。接着采用日本岛津制造所生产的AG-XPLUS 100 kN万能试验机,对5组不同硼含量的FB2钢进行室温拉伸试验和室温冲击试验。最后对5组不同硼含量的FB2钢进行组织和力学性能的分析。结果表明,FB2钢中的硼元素可以抑制M₂₃C₆型碳化物的长大粗化,但是硼元素易于与氮元素形成BN夹杂物。随着硼含量的增加,M₂₃C₆型碳化物的平均尺寸呈现降低的趋势,BN夹杂物的单位数量和平均尺寸呈现增大的趋势。FB2钢的室温拉伸性能随着硼含量的增加先升高后降低,并且在硼质量分数为0.010%时FB2钢的室温拉伸性能达到最强。当硼质量分数由0增加到0.010%时,FB2钢的室温拉伸性能升高,这是由于硼元素的加入抑制了M₂₃C₆型碳化物的粗化,从而提升了FB2的强度;当硼质量分数由0.010%增加到0.030%时,FB2钢的室温拉伸性能降低是由于硼元素与氮元素结合形成了BN夹杂物,引起应力集中,且大尺寸的BN夹杂物诱发了孔洞的形成,降低了FB2钢的性能。FB2钢的冲击功随着硼含量的增加呈现降低的趋势,且当硼质量分数为0.020%和0.030%时,冲击功出现了骤降,这是由BN夹杂物的单位数量、平均尺的上升和大尺寸BN及杂物的析出导致的。     

Y对ADC12合金铸态组织与性能的影响

利用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了铸态ADC12-x Y(x=0~1.90)合金的组织和相组成,并测试了其流动性能和拉伸力学性能。结果表明,添加Y可显著细化ADC12合金的铸态组织,不仅使初生α-Al由粗大树枝晶转变为细小胞状晶和等轴晶,而且使针状共晶硅转变为细小纤维状或颗粒状,分布更均匀,等轴晶和颗粒状的共晶硅数目大大增加,同时生成针状Al3Y新相。随着Y含量的增加,合金的铸态流动性能和拉伸力学性能均先提高后降低。当Y含量为0.85%时,合金综合性能最佳:流动长度为1541 mm,室温抗拉强度和伸长率分别达到225 MPa和3.5%,较ADC12合金分别提高20%、20%和133%,同时具有优异的高温拉伸力学性能。加入Y后,室温拉伸断口中的解理台阶和河流花样明显减少,解理台阶尺寸亦明显减小,而韧窝明显增多且加深。     

Al-5.87Zn-2.07Mg-2.42Cu合金形变热处理过程的组织与性能演变

通过维氏硬度试验、力学性能试验以及透射电镜观察,研究了Al-5.87Zn-2.07Mg-2.42Cu合金在最终形变热处理(固溶—预时效—变形—终时效)过程中的组织演变和力学性能,并优化出最适宜的工艺制度。结果表明,Al-5.87Zn-2.07Mg-2.42Cu合金最适宜的形变热处理工艺为480℃/1 h+100℃/8 h+30%+120℃/10 h。100℃/8 h预时效处理后,合金基体内弥散析出大量细小的沉淀相。经30%冷变形引入位错后进行120℃/10 h终时效处理,析出相数量增多且尺寸增大。最终形变热处理后合金的硬度、抗拉强度和屈服强度分别为200 HV、645 MPa和621MPa,分别比T6态合金的增加了19 HV、67 MPa和110 MPa。     

Ni元素对Al-Cu-Mn合金组织及力学性能的影响

为研究添加Ni元素对Al-5.0Cu-0.6Mn合金组织及力学性能的影响,通过硬度试验、拉伸力学试验及摩擦磨损试验对合金力学性能进行研究;采用扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜及透射电子显微镜对合金微观组织进行检测分析。结果表明:向Al-5.0Cu-0.6Mn合金中添加Ni元素后,由于Al₃CuNi相析出的强化作用,并且与基体结合良好的增强相颗粒能均匀分布于合金中,使得合金硬度和强度大幅提高,摩擦磨损深度显著降低,综合力学性能得到有效的提升。当Ni元素的添加量为0.3%（质量分数）时,由于T相（Al₂₀Cu₂Mn₃）和Al₃CuNi相分布比较均匀,合金综合性能较为理想,其HV硬度、抗拉强度、摩擦磨损系数分别为126.4 MPa、395.2 MPa、0.12。