6×××系铝合金微合金化的研究进展

6×××系(Al-Mg-Si)铝合金作为综合性能良好的中强铝合金,在航天工业和民用等领域具有广阔的应用前景,微合金化是提高铝合金性能的有效途径,也是研制新型铝合金的重要手段,是国内外铝合金研究的热点之一。综述了6×××系铝合金中元素Mg、Si、Cu、Mn、Sr、Zr、Sc等的作用,探讨了该系铝合金目前存在的问题和发展方向,指出了寻求廉价且有效的微合金化元素、进一步探明微合金化作用机理和复合微合金化是今后研究的主要方向。     

Fe和Si杂质对Al-Zn-Mg-Cu合金淬火敏感性的影响EI北大核心CSCD

采用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等方法,研究了Fe和Si杂质对Al-Zn-Mg-Cu合金淬火敏感性的影响。结果表明:杂质含量的增加降低了合金的淬火敏感性,用硬度表征时最大降低3.29%。随杂质Fe和Si含量的增加,Al7Cu2Fe相和Mg2Si相含量明显增加,消耗了基体中的Cu和Mg原子,合金的过饱和度降低,从而引起合金淬火敏感性的降低;同时粗大的Al7Cu2Fe相和Mg2Si相有利于再结晶核心的形成,增加了合金的再结晶晶粒和(亚)晶界数目,促进慢速淬火过程中η平衡相的析出。过饱和度对合金淬火敏感性的影响大于晶粒结构对合金淬火敏感性的影响。     

杂质元素对铝基牺牲阳极的影响研究进展

铝合金牺牲阳极广泛应用于海洋环境的阴极保护中,近年来得到快速发展。研究发现除合金元素外,杂质元素种类和含量对阳极性能也有重要的影响,综述了3种常见的杂质元素Fe、Cu、Si对铝合金牺牲阳极性能的作用规律和机理,阐述了降低杂质元素对牺牲阳极性能不利影响的方法,在制备铝合金阳极时,应综合考虑铝锭纯度、阳极配方、制备工艺等因素。     

铝合金牺牲阳极电流效率的损耗分析

用恒电流方法测定了60℃下Al-Zn-In-Sn-Mg-RE和Al-Zn-In-Sn-Si两种铝合金在3%NaCl介质中的腐蚀形貌、电流效率和析氢速率,对铝合金微观组织和主要析出相进行了扫描电镜和能谱分析.结果表明:析氢自腐蚀和机械脱落引起阳极电流效率下降;合金元素以粗大第二相形式析出和阴极性杂质Fe、Si共同导致了铝合金牺牲阳极的析氢和机械损失,影响了阳极性能,但析出相造成的机械损失较大,Fe、Si造成的机械损失相对较小.     

热处理对7×××系铝合金组织及性能影响的研究进展

归纳了7×××系高强铝合金的热处理工艺,分别描述和分析了均匀化、固溶处理、淬火和时效前沿的热处理工艺对7×××系铝合金微观组织和性能的影响以及强化机理,并评述了针对一些具体牌号的7×××铝合金在不同热处理条件下组织相的转变以及性能(强度、延伸率、抗SCC等),分析了热处理强化机理方面研究的不足以及实际应用中存在的问题,提出了未来热处理工艺研究重点和方向.     

熔铸工艺对2618铝合金中难溶相尺寸与分布的影响

为了细化2618铝合金中难溶相并改善其分布,采用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪等手段,研究了熔体保温时间、双液混合熔炼工艺和铸型温度对2618铝合金中难溶相尺寸与分布的影响.结果表明:适当延长保温时间,不仅可使Al9 FeNi相形态由粗大针片状变为细小针片状,还可使Al9 FeNi相和Al7 Cu2 Fe相的分布更加均匀.采用双液混合熔炼工艺可使2618铝合金中Al9 FeNi相变成细小的针片状,且使Al9 FeNi相和Al7 Cu2 Fe相非常均匀地分布于基体组织.将2618铝合金液浇注到室温金属型中进行快速凝固,可得到均匀分布的细小难溶相.随着铸型温度的升高,合金组织中的难溶相明显粗化,并出现明显的聚集现象.     

Mg含量对Al-Si-Mg铸造合金微观组织与力学性能的影响

本文研究了Mg含量分别为0.00wt%、0.35wt%和0.70wt%的Al-7wt%Si-Mg铸造合金的微观组织和力学性能.通过变质处理和改变凝固速率,可观察到不同的微观组织.DSC试验分析了不同Mg含量合金中相的变化.结果表明,在较高Mg含量的合金中,未变质的共晶Si粗化,变质的共晶Si变质不完全.在Al-7wt%Si-0.70wt%Mg合金中,富Fe相是粗大的π相(Al9FeMg3Si5)和少量的针状β相(Al5FeSi).相反,在Al-7wt%Si-0.35wt%Mg合金中,富Fe相是针状的β相(Al5FeSi).随着合金中Mg含量的增加,合金的抗拉强度增大,延伸率却降低.     

Ge、Si元素对ZrO2和Zr(Fe,Cr)2能量与电子结构的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究Ge、Si元素对锆合金中与腐蚀相关的ZrO_2氧化膜相和Zr(Fe,Cr)_2第二相能量与电子结构的影响。合金形成热、结合能的计算结果表明:ZrO_2四方相结构不稳定,立方相易形成且结构稳定,氧化膜晶体结构从四方相向立方相发生转变影响锆合金的耐腐蚀性能;Ge、Si元素均降低ZrO_2立方相的结构稳定性和形成能力,与Ge相比,Si易取代Zr(Fe,Cr)_2第二相中的Cr,增加锆合金Fe/Cr原子比。电子态密度和Mulliken电子占据数的计算结果表明:ZrO_2中Zr与O存在杂化共振与较强的离子键作用,Ge、Si降低ZrO_2立方相结构稳定性的原因主要在于削弱了Zr-O之间的离子键作用;ZrO_2氧化膜相和Zr(Fe,Cr)_2第二相是影响锆合金耐腐蚀性能的两个重要因素,对Si而言,形成含Si的Zr(Fe,Cr)_2第二相对锆合金耐腐蚀性能产生不利影响,改善锆合金耐腐蚀性能需要ZrO_2晶体结构改变占主导地位;对Ge而言,含Ge的Zr(Fe,Cr)_2第二相难形成,第二相对锆合金耐腐蚀性能的影响相对Si较小,减缓ZrO_2由四方相向立方相的转变倾向,是Ge改善锆合金耐腐蚀性能的重要原因。     

7075高强铝合金粗大夹杂相微观研究

一、前言 7075铝合金是目前航空工业中应用最为广泛的变形铝合金之一。铝合金中的粗大夹杂相(尺寸在1～5μm)对合金的断裂韧性和疲劳性能影响很大。这些夹杂相是在铸造过程中由合金元素与铁、硅杂质元素结合而成的。Mondolfo对Al—Zn—Mg等三元合金中的夹杂相类型进行了评述。Raghavan等人对Al—Zn—Mg—Cu合金夹杂相进行了研究。研究合金的粗大夹杂相,弄清合金元素在组织中分布,能有效地控制粗大夹杂相对断裂韧性的影响。本文对东北轻合金厂生产的7075高强铝合金进行了粗大夹杂相结构类型和成分的分析,得出了一些有益的试验结果。 二、材料与实验方法 材料化学成分列于表1。     

高Fe含量FeCuNbSiB系非晶/纳米晶合金制备及其磁性研究

研究了过渡金属元素(Zr,Nb,Mo)和Cu元素对Fe78Si9B13合金系非晶形成能力、热稳定性和磁性的影响;在Fe74Cu1Nb3Si13B9合金的基础上,通过逐步提高Fe含量,利用单辊甩带法制备Fe(76+x)Cu1Nb3Si(11-x)B9(x=0,2,4)和Fe(79+x)Cu1Nb2Si(6-x)B12(x=0,2,4)非晶/纳米晶合金薄带;利用XRD、DSC、TEM和VSM研究了高Fe含量Fe-Cu-Nb-Si-B系非晶/纳米晶合金的微观结构和磁性,并通过添加Nb元素优化了高Fe含量合金的磁性。研究结果表明:Zr和Nb元素的添加能明显提高Fe78Si9B13合金的非晶形成能力和热稳定性;高Fe含量的Fe-Cu-Nb-Si-B系纳米晶合金为典型的非晶/纳米晶双相结构,合金的饱和磁化强度Ms180 emu/g,且合金的矫顽力Hc在2Oe-9Oe之间,具有良好的软磁性能;Nb元素能显著细化Fe-Cu-Nb-Si-B系合金晶粒尺寸,从而能显著降低合金的矫顽力,改善合金的软磁性能;当Fe含量在80%-83%(原子百分比,下同)之间时,合金具有良好的软磁性能,但当Fe含量达到85%时,会有Fe2B、Fe3B相析出,从而显著恶化其软磁性能。     

(Si+Mn)/Fe对Al-5Cu合金铸态组织及力学性能的影响

在Al-5Cu-0.3Fe高强铸造合金中添加Mn和Si,采用OM、SEM、EDS及DSC等分析方法研究(Si+Mn)/Fe质量比(K=3、4、5和6)对其铸态组织及力学性能的影响。结果表明：随着K值的增大，富Fe相形貌的变化趋势为针状→汉字状→粗大汉字状富Fe相聚集，富Fe相由针状Al₃FeMn向汉字状Al₆FeMn转变。Al-5.0Cu-0.3Fe-1Si-xMn合金，K=4时，拉伸断口展现良好的塑性特征，合金的综合力学性能最佳，比K=3时抗拉强度和延伸率分别提高了22%和65%。Si和Mn元素对Al-5.0Cu-0.3Fe合金的富Fe相有良好的变质作用。适当减少Mn的添加量，而增加Si的含量，保持(Si+Mn)/Fe=4,有助于减少合金的孔洞缺陷，降低热裂敏感性，较好地调控富Fe相形貌和尺寸。     

专利信息

一种含Cu、Mg、Zn、Mn和Cr的铝合金磁盘基片材料于1993年7月9日获日本专利,专利号为JP 93045659-B。 该合金的成分(wt％)为:Cu 0.01～0.03、Mg2～6、Zn0.05～2.0、Mn0.01～0.05、Cr 0.01～0.05。杂质元素分别为:Si0.1％、Fe0.1％、Ti0.02％,其它不可避免的杂质含量不大于0.02％。     

Nb和Si元素对提高纳米晶带材抗氧化能力研究

采用SEM和XRD等手段分析了Fe82Cu1B12Si4 Nb1与Fe73.5 Cu1 B7 Si15.5 Nb3纳米晶合金带材在空气中灼烧后的晶化产物和氧化产物;通过降低Nb和Si元素含量,提高Fe和B元素的含量,虽然使Fe82Cu1 B12 Si4 Nb1纳米晶合金具有高饱和磁感应强度和低的矫顽力,但却降低了它的非晶形成和抗氧化能力。根据K.Hono等采用原子探针法观察到的在晶化过程中各元素分布情况,提出了一个晶化过程模型,通过模型分析了纳米晶合金的抗氧化能力的原因;随着晶化过程推进,残余非晶相中Nb元素含量增加,使得残余非晶相区的晶化温度提高,同时发挥限制晶体长大的作用。     

8090Al-Li合金的凝固机制

研究了8090Al-Li 合金在缓慢冷却时的凝固过程,结果表明:L→α-Al+L′反应是基本凝固过程,贯彻始终。由于溶质元素 Cu 的严重偏析,使得合金终凝固温度显著降低,凝固温度区间扩大,终凝温度在525℃左右,但熔体的90%以上在635—590℃之间凝固,在最后凝固区溶质大量富集,从而形成了 T_2相等低熔点共晶化合物。杂质元素 Fe,Si 具有强烈偏析倾向。在缓冷过程中,形成粗大的 Al_3Fe,AlLiSi,Al_7Cu_2Fe 等金属间化合物。     

激光选区熔化成形含锆7×××系铝合金的显微组织与力学性能

热裂问题是激光选区熔化成形(SLM)7× × ×系铝合金面临的主要障碍之一.通过低能球磨工艺制备ZrH2/7075复合粉末,采用激光选区熔化技术制备含锆7×××系铝合金材料,分析了不同ZrH2添加量(0.5％,1.0％,1.5％,质量分数,下同)对试样显微组织和力学性能的影响规律.结果表明:随着ZrH2含量的增加,SLM试样的柱状晶组织逐渐消失,热裂纹逐渐减少,当ZrH2含量为1.5％时,试样显微组织完全转变为细小等轴晶(平均晶粒尺寸为1.6μm),热裂纹完全消除.ZrH2在SLM成形过程中与铝熔体原位反应形成L12型Al3 Zr相,L12型Al3 Zr相的异质形核作用促进了柱状晶到等轴晶的转变,抑制了热裂纹的产生.经T6热处理后,试样抗拉强度为(550±10)MPa,屈服强度为(490±5)MPa,伸长率为(12±1)％,断口处存在大量韧窝,表现为韧性断裂.     

铸造Al-Si系合金中的合金元素的作用

对铸造Al-Si系合金中杂质元素Fe,合金元素Mg、Cu、Sn、Mn、Be、Pb和变质元素稀土、Sr、P、B、Na等的作用进行了分析和概述。Fe能提高合金硬度和耐磨性,但会降低合金的力学性能。Mg能提高合金强度,但Fe、Mg共同作用会降低合金的力学性能。Cu和Mn对脆性Al-Fe-Si相有变质作用,并能提高合金力学性能,Cu与Ni复合作用,可提高Al-Si合金的高温强度和硬度。Sn能提高合金的力学性能。Be降低富铁相有害作业,提高合金力学性能。Pb能提高合金的机加工性能和耐磨性能。Na、Ca都对共晶硅有变质作用,P、B可细化初晶Si,稀土元素和Sr对共晶Si和初晶Si都有变质作用。     

硅含量对Al-Si-Cu相变储能材料腐蚀性的影响

合金液的腐蚀性较大是铝合金作为相变储能材料应用的主要瓶颈。鉴于材料成分是影响其液态腐蚀性的重要因素之一,本工作设计了304不锈钢在Al-x Si-10Cu(6≤x≤15)合金液中的腐蚀试验,以期探讨Si含量对该材料液态腐蚀性的影响。采用电子探针和XRD对腐蚀产物的形貌、元素分布和相组成进行了分析,并对腐蚀反应进行了动力学和热力学分析。结果表明:随着Si含量的增加,腐蚀层厚度和腐蚀产物的生长系数先降低后增加,而腐蚀产物的扩散激活能却先增加后降低,但都在Si含量为9%时达到极值。Si含量在6%～9%,当腐蚀时间较短时,腐蚀层由Al95Fe4Cr相和Fe2Al5相组成,Si填充Fe2Al5相的空位,阻碍了元素扩散;当腐蚀时间较长时,腐蚀层由Al95Fe4Cr相、FexSiyAlz相和FeAl相组成,FexSiyAlz相不仅生长速率低还可阻挡元素的扩散,且FeAl相的生成焓大于Fe2Al5相,从而降低腐蚀层的厚度。Si含量在9%～15%内时,腐蚀层厚度增加的具体原因有待进一步研究。     

固溶时间对半固态挤压成形Al-17Si-4Cu-0.5Mg合金组织及力学性能的影响

采用半固态挤压成形工艺制备过共晶Al-17Si-4Cu-0.5Mg合金,研究固溶时间对过共晶Al-17Si-4Cu-0.5Mg合金组织及性能的影响.结果表明,随着固溶时间的增加,Si相出现球化,固溶时间为10 h时,共晶Si的圆整度为0.72.铸态下Si相周围富集较高浓度的Cu元素,固溶1 h后,Cu元素快速固溶到基体中.固溶时间从1 h增加到16 h,在XRD曲线上的θ(Al2 Cu)和Q(Al5 Si6 Cu2 Mg8)相的衍射峰强降低,合金基体中的位错密度大量减少.经180℃,时效处理12 h后,组织中析出针状的θ'相和短棒状的Q'相.随着固溶时间的增加,合金强度值呈现"双峰"现象.固溶1h后,合金的抗拉强度为269 MPa,屈服强度为233 MPa,与未热处理合金相比,抗拉强度和屈服强度分别提高了43.3％和42.7％,合金强度的提高是由于在固溶初期基体中仍有较大的位错密度,时效处理后析出相对位错有较强的钉扎阻碍作用.固溶时间为10 h时,合金的抗拉强度为311 MPa,屈服强度为263 MPa,达到第二个强度峰值,Si相的圆整化和细小析出相的弥散强化作用是形成第二个强度峰的主要原因.     

Ce对Al-Zn-Mg-Cu合金亚快速凝固铸造组织的影响

通过XRD,DSC,SEM,EDS等现代分析方法,研究了稀土元素Ce在不同凝固冷却速率下对Al-Zn-Mg-Cu合金显微组织、凝固温度的影响,分析讨论了Ce对合金晶粒细化和熔体净化作用的原理。结果表明,合金的主要析出相为α-Al和MgZn_2型共晶相,MgZn_2固溶了Al,Cu,Mg等元素并形成了Mg(Zn,Cu,Al)_2相,在晶界上溶质元素浓度较高,与α-Al基体共晶形成层片状共晶组织。添加Ce能使合金枝晶间距减小,并减小共晶层片间距和细化共晶组织,显著细化晶粒,并抑制铝合金中的杂质相Al7Cu2Fe的出现。Ce还将合金α-Al基体和共晶相的析出温度分别降低了6.4℃和5.6℃。     

Mn含量对6061铝合金组织与力学性能的影响

研究了Mn含量对含0.15%Fe的6061铝合金的均匀化组织、再结晶分数、时效析出相和力学性能的影响。结果表明:未添加Mn的合金均匀化后组织以β-Al9Fe2Si2相为主,Mn含量大于0.1%的合金均匀化后的组织以α-Al8(FeMnCr)2Si相为主;同时一种块状的Al9(MnFe)3Si结晶相随着Mn含量的增加开始出现,并随之增多;时效处理时,Mn优先与Mg,Si元素结合形成的AlMnSi和AlFeMnSi相,减少了主要时效析出相,使强化效果减弱;Mn的添加量为0.2%时σb=390 MPa,σ0.2=330 MPa,δ=22.2%,比AA6061铝合金的标准力学性能分别提高90 MPa,55 MPa,延伸率提高10%。