Al-7Si-0.3Mg铸造合金的旋转弯曲疲劳性能研究

研究了M-7Si-0.3Mg铸造铝合金的室温旋转弯曲疲劳性能。结果表明,A1-7Si-0.3Mg铸造铝合金在10~7次疲劳寿命下的极限应力为88 MPa;结合对疲劳试样断口的分析发现,在高应力低寿命区,A1-7Si-0.3Mg合金试样的表面划痕和缺陷造成了材料的表面破坏模式;而在低应力高寿命区,试样内部近表面区的铸造孔洞则是引起材料疲劳破坏的主要原因。使用Paris公式推导出孔洞尺寸和疲劳寿命之间的关系,并计算出不同应力水平条件下的临界孔洞尺寸。     

热暴露对γ-TiAl合金表面缺陷损伤容限的影响

研究了热暴露(700℃,10 000 h)对高强度全片层γ-Ti Al合金Ti-44Al-4Nb-4Hf-0.2Si-1B表面缺陷损伤容限的影响,采用扫描电子显微镜研究了热暴露导致γ-Ti Al合金的显微组织变化,并将之与在交变载荷下的表面短裂纹行为和长裂纹扩展行为联系起来.研究发现,在热暴露后,该合金的疲劳强度提高,且长疲劳裂纹启裂门槛值改善,但热暴露导致该合金短裂纹效应的尺寸范围明显增大.采用Kitagawa-Takahashi线图的形式总结和分析了实验结果,分析了热暴露引起的疲劳强化、疲劳失效的非安全短裂纹的尺寸变化以及长裂纹的启裂门槛值的变化,定量确定了热暴露对表面缺陷的损伤容限.长期热暴露所导致的材料内部应力释放、偏聚缓解、缺陷钝化显著影响裂纹尖端的应力状态,更有利于增大长裂纹的启裂抗力并减缓长裂纹的扩展速率.     

Al-Ti-C-B晶种合金对Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金组织及力学性能的影响

目的 以近共晶Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金为研究对象,对加入了Al-Ti-C-B晶种合金的Al-12Si-4Cu- 2Ni-1Mg合金的微观组织和力学性能进行分析。方法 利用金相显微镜、扫描电镜、数显布氏硬度计和万能拉伸试验机等研究Al-Ti-C-B晶种合金对该合金显微组织和力学性能的影响。利用Al-Ti-C-B晶种合金中的陶瓷颗粒对Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金进行强化,同时晶种合金中的粒子作为Al-Si多元合金中α-Al的有效形核衬底,可细化α-Al晶粒,并改善Al-Si多元合金中化合物的分布。结果 加入质量分数为0.5%的Al-Ti-C-B晶种合金后,Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金中的α-Al得到细化,合金中的Si相和耐热相粒子分布更加均匀,同时力学性能明显提高,高温抗拉强度和室温抗拉强度分别提高了约12.1%和5.3%。结论 适量添加Al-Ti-C-B晶种合金可有效改善Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金中耐热相的分布,使耐热相分布更为均匀,可进一步提高合金的力学性能。     

退火温度对大塑性变形Al-8Mg纳米晶铝合金微观结构与性能的影响

目的 研究不同退火温度下高压扭转Al-8.0Mg铝合金的微观结构及其对热稳定性的影响。方法 利用X射线衍射定量计算了纳米晶Al-8Mg合金在不同退火温度下的微观结构参数。通过透射电子显微镜观察了不同状态的微观结构，讨论了晶粒尺寸和位错密度对热稳定性的影响，并分析了高温下析出相和孪晶的结构演变。结果 随着退火温度从125 ℃上升至280 ℃，HPT后Al-8.0Mg铝合金的显微硬度由247HV减小至144HV，240 ℃为硬度转变的临界温度，当退火温度低于240 ℃时，试样硬度值降低幅度较小。平均晶粒尺寸从125 ℃下的41.1 nm增大到280 ℃下的143.6 nm，位错密度由1.32×10¹⁵ m⁻²减小到3.54×10¹² m⁻²。结论 在退火温度低于240 ℃时，合金表现出较好的热稳定性，在280 ℃以后析出了大量Al3Mg2相，并观察到了多重退火孪晶。额外的能量在位错结构的回复和非平衡晶界的重排过程中被消耗，导致晶粒尺寸与显微硬度没有发生明显变化。加热过程中产生的结构转变可能是提高材料热稳定性的主要原因。     

超音气体雾化Al-Si合金粉末表面氧化和吸附特性

利用超音速气体雾化法制备Al-17Si-6Fe-4.5Cu-0.5Mg合金粉末，借助X射线光电子能谱（XPS）对粉要态合金表面氧化和吸附特性进行了研究，并对粉末表面层结构进行了分析。结果表明：粉末表面氧化主要以Al和Mg元素的氧化为主，氧化层成分主要为Al2O3，Al(OH)3和MgO，而合金中的Si,Fe及Cu元素很少氧化。除此之外，在粉末表面化还吸附一层含Cl元素的碳氢有机化合物污染层，测定表明粉末表面氧化层和吸附层总厚度约为2nm。     

电磁铸造铝合金锭的力学性能

分析了电磁铸造铝合金铸坯的表面和内部质量，并与普通连续铸造铸坯进行了对比。结果表明，电磁铸造铸坯表面光滑如镜，其表面粗糙度仅为Ra0.65μm，消除了普通连续铸造铸坯表面存在的振痕和偏析瘤等铸造缺陷；定量金相测定的EMC铸锭的晶粒尺寸是DC锭的一半，细小，均匀的等轴晶使电磁铸造铸锭具有良好的力学性能，其抗拉强度比连铸坯提高3．7％－19．6％，延伸率提高7．1％－200％。另外，合金元素含量越高，电磁铸造铸坯的性能提高的幅度越大。     

热处理对真空熔覆Co基合金涂层疲劳性能的影响

采用真空熔覆法制得钴基合金-碳化钨复合涂层材料,按照45钢热处理工艺对合金涂层进行正火和调质处理,并借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪等先进的测试手段对涂层的组织结构和表面形貌进行观察分析。应用疲劳试验机对不同热处理后钴基合金涂层进行弯曲疲劳试验,结果表明:Co基合金涂层在正火处理后的弯曲疲劳强度大大提高,比熔覆状态合金涂层高150～200MPa左右,在高周疲劳时比正火45钢的疲劳强度高80MPa左右;Co基合金涂层在调质处理后,其S-N曲线与调质45钢的S-N曲线相交,低周疲劳时,合金涂层的疲劳强度大于调质45钢试样,在高周疲劳时,合金涂层的疲劳强度小于45钢试样;调质处理涂层的疲劳强度比熔覆状态涂层高160～220MPa左右。     

Mg对共晶Al-2％Fe合金显微组织的影响

为了消除粗大针状富铁相对Al-Fe合金组织和性能的不良影响，在金属型铸造共晶Al-2％Fe合金中添加了质量分数为0．2％～0．8％的合金元素Mg，利用光学显微镜和电子探针研究了Mg对共晶合金组织以及富铁相形态的影响．研究结果表明：共晶Al-2％Fe合金组织为针状Al3Fe相与（α-Al）相所组成的非规则共晶组织；添加Mg后，合金组织转变为由树枝状初生（α-Al）和枝晶间网状分布共晶体所组成的亚共晶组织，富铁相尺寸显著降低；随着Mg添加量的增加，初生（α-Al）枝晶二次枝晶间距增大，一次枝晶出现熔断。     

添加Ni元素对新型高强度低Cu中温铝合金钎料腐蚀性能的影响

为研究添加Ni元素对Al-10Si-15Cu合金钎料耐腐蚀性能的影响,本文采用三电极方法测量了Al-10Si-15Cu和Al-10Si-15Cu-4Ni合金钎料在0.5MNaCl盐溶液中的动电位极化曲线和交流阻抗谱,并利用XRD、SEM和EDS等技术分析腐蚀前后的表面成分和形貌。结果表明,Al-10Si-15Cu-4Ni合金中主要含有α-Al、Si相、Al2Cu相及Al3(Cu,Ni)2相。在Al-10Si-15Cu钎料合金的基础上添加4wt.%Ni后,自腐蚀电流密度icorr从10.18μA cm-2降低到3.42μA cm-2,极化电阻RP提高近3倍,合金耐腐蚀性提高,而临界点蚀电位EPit4Ni负移,ΔE(=EPit-Ecorr)变小,点蚀倾向加剧。Al-10Si-15Cu-4Ni合金钎料中部分Cu元素固溶在粗大耐腐蚀相Al3Ni2中,抑制了腐蚀相Al2Cu相的生成;同时由于Ni的添加耐腐蚀块状Si相转变为片状结构,Al2Cu相聚集,从而增大了基体α-Al的相对面积,这两个方面均有利于钎料合金的耐腐蚀性的提高。     

颗粒增强Al基复合材料的制备工艺及凝固过程

着重研究了颗粒增强Al基复合材料的搅拌法制备工艺及凝固过程。 通过对熔体搅拌法制备颗粒增强金属基复合材料的工艺优化进行探讨,最终用最简单的工艺过程制备出组织致密、颗粒分布均匀、界面结合良好的SiC、Al_2O_3、SiO_2颗粒增强Al-4％Mg复合材料。 SiC、Al_2O_3、SiO_2颗粒增强Al-4％Mg复合材料在等轴晶凝固条件下,颗粒被等轴晶排斥,出现颗粒推移,晶粒直径越大,颗粒分布越不均匀。在试验分析基础上,提出了颗粒推移的强烈程度由晶粒与颗粒的质量比决定的观点:同种颗粒,其直径越大,颗粒推移越不强烈;同样直径不同种类的颗粒,其密度越大,颗粒推移越不强烈。 AlO_3颗粒增强 Al-4％Mg复合材料的凝固组织中的显微缩孔是由颗粒加入导致熔体粘度增加、颗粒堵塞枝晶间的补缩流动通道以及颗粒与基体合金的热膨胀系数的差异三种因素引起的。由于气孔易在SiC颗粒表面形核,或者SiC颗粒与基体结合较弱,使得SiC颗粒增强Al-4％Mg复合材料比Al_2O_3颗粒增强Al-4％Mg复合材料易形成显微缩孔。对SiO_2颗粒增强Al-4％Mg复合材料来说,SiO_2颗粒与基体间发生了界面反应,一定量的Si溶入了基体,增大了基体的凝固潜热,从而提高了基体合金凝固时的补缩流动能力,所以SiO_2(P)/Al-4％Mg复合材料的凝固组织比同样条件下Al_2O_3(P)     

Zr+Er及Zr+Y对Al-Mg-Si-Cu-Mn-Cr合金组织和拉伸力学性能的影响

采用光学显微镜(OM)、电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)和拉伸强度试验研究了0.3%Zr+0.2%Er和0.3%Zr+0.2%Y(质量分数)两种元素组合对Al-0.6Mg-0.9Si-0.5Cu-0.5Mn-0.2Cr合金热处理前后微观组织和力学性能的影响。研究结果表明,两种元素组合的加入均能细化铸态晶粒,其中Zr+Y改性合金的晶粒细化更明显,且两种改性合金铸态的强度和塑性均较基体合金提高。在热处理过程中,两种元素组合会影响合金中弥散相的析出,降低合金的弥散强化效果。最终,Zr+Er改性合金的强度较基体合金提高,而Zr+Y改性合金的强度则较基体降低,两种合金的塑性均较基体降低。     

Artificial ageing of Al-Si-Cu-Mg casting alloys

The T6 heat treatment is commonly used for gravity cast Al-Si-Cu-Mg alloys. The influence of the alloying elements Cu and Mg and the artificial ageing temperature on the age hardening response were investigated. Artificial ageing was conducted at 170 °C and 210 °C for various times for three alloys, Al-7Si-0.3Mg, Al-8Si-3Cu and Al-8Si-3Cu-0.5Mg, cast with three different solidification rates (secondary dendrite arm spacing of about 10, 25 and 50 μm). The coarseness of the microstructure has a small influence on the yield strength, as long as the solution treatment is adjusted to obtain complete dissolution and homogenisation. The peak yield strength of the Al-Si-Mg alloy is not as sensitive to the ageing temperature as the Al-Si-Cu and Al-Si-Cu-Mg alloys are. The ageing response of the Al-Si-Cu alloy is low and very slow. When 0.5 wt% Mg is added the ageing response increases drastically and a peak yield strength of 380 MPa is obtained after 20 h of ageing at 170 °C for the finest microstructure, but the elongation to fracture is decreased to 3%. The elongation to fracture decreases with ageing time in the underaged condition as the yield strength increases for all three alloys. A recovery in elongation to fracture of the Al-Si-Cu-Mg alloy on overageing is obtained for the finest microstructure, while the elongation remains low for the coarser microstructures. The quality index, Q = YS + K?, can be used to compare the quality of different Al-Si-Mg alloys. This is not true for Al-Si-Cu-Mg alloys, as K depends on the alloy composition. Overageing of the Al-Si-Mg alloy results in a decrease in quality compared to the underaged condition.     

The effect of solution heat-treatment time on the fatigue properties of an Al-Si-Mg casting alloy

Abstract Experiments have been carried out to investigate whether reducing the solution heat-treatment time of Al-7Si-0.6Mg castings from the currently recommended values adversely affects their fatigue properties. Fatigue endurance tests have been carried out in zero-tension ( R =0) and measurements made of the casting defects that initiated the fatigue cracks. The work has been limited to stresses that produce a fatigue life of ~10⁵ cycles and to two solution–treatment times (8 and 4 h). Two statistical techniques have been applied to the fatigue life data and no effect of solution heat-treatment time was detected at a confidence level of better than 95%. Similarly, no effect of cyclic test frequency could be detected for tests carried out at 1 and 60 Hz. The conclusions are confirmed by an analysis of the relation between fatigue life and the size of the casting defects that initiated fatigue failure. The scatter in fatigue lives is related to the scatter in the sizes of casting defects in the specimens. It is clear that there is a potential for considerable savings in heat-treatment costs for castings of the size and shape chosen for the study.     

FATIGUE BEHAVIOUR OF Al2O3 SHORT FIBRE REINFORCED ALUMINIUM ALLOY

The room temperature fatigue strengths of A1-7Si-0.6Mg and A1-SSi-3Cu-1Mg composites randomly reinforced with A1₂O₃ short fibres were determined using a stress ratio of 0.1, a frequency of 50 Hz. The fatigue strength of the composites under these testing conditions can be expressed by a single curve-fitting equation. The effect of surface roughness on fatigue strength was also studied and the results show that these composites are not sensitive to surface roughness. The orthogonal growth of cracks is an important fatigue fracture mechanism in these composites. The residual strength decreased as the fatigue load increased.     

新型Al-12．7Si-0．7Mg焊丝及其熔敷金属组织与性能研究

借助OM、SEM、TEM和拉伸实验机,研究了新型Al-12．7Si—0．7Mg焊丝及其熔敷金属的组织和性能,结果表明：密集排布的针片状Si相经热挤压和连续冷拉拔后破碎为细小颗粒并弥散分布,当拉拔变形量为77％时,焊丝的组织和拉伸性能较优,经固溶和时效热处理后焊丝熔敷金属拉伸性能显著提高,Al-12．7Si—0．7Mg焊丝合金可热处理强化。     

无压浸渗制备SiC_p/Al复合材料的微观组织及弯曲性能

利用无压浸渗法制备高体积分数的SiCp/Al复合材料。采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对复合材料的相组成、微观组织及断口形貌进行分析,研究了基体合金成分对复合材料抗弯性能的影响。结果表明,以Al-10%Si-8%Mg合金为基体制备的复合材料组织均匀,致密度好,无明显气孔缺陷,界面反应产物为Mg2Si、MgAl2O4和Fe,且抗弯强度高于以Al-10%Si合金为基体制备的复合材料;复合材料整体上表现出脆性断裂的特征。     

Silicon-aluminium network composites fabricated by liquid metal infiltration

This paper provides a new method for fabricating interpenetrating silicon-aluminium network metal-matrix composites. This method involves the infiltration of an aluminium-silicon alloy (Al-12Si-1Mg or Al-30Si-1Mg) liquid into a silicon particle (50 vol %) preform. The silicon particles were partially dissolved by the liquid alloy and, together with silicon contributed by the original Al-Si-Mg matrix, resulted in an Si network after solidification. The network composites were metallurgically sound, with no porosity, and exhibited a thermal expansion coefficient down to 7.7×10^–6 °C^–1 at 50–100 °C, compressive strength up to 580 MPa, tensile strength up to 160 MPa and Vickers hardness up to 390.     

铸态Mg-4Al-4Si-0.75Sb合金的显微组织与力学性能

采用重力铸造法制备Mg-4Al-4Si-0.75Sb(AS44-0.75Sb)(质量分数/%,下同)镁合金,研究铸态合金的显微组织和室温力学性能。结果表明:铸态AS44-0.75Sb合金主要由α-Mg基体、β-Mg17Al12相、Mg2Si相和Mg3Sb2相组成;加入0.75Sb后形成高熔点的Mg3Sb2相,显著改善了Mg2Si相的形貌,使粗大的骨骼状Mg2Si转变为相对细小的汉字状Mg2Si。铸态合金的硬度HV为65.9,屈服强度为136.4MPa,抗拉强度为172.3MPa,伸长率为3.3%;拉伸断裂形式为准解理脆性断裂。