Al-9.0%Si-4.0%Cu-0.4%Mg(-0.3%Sc)合金的显微组织及其低周疲劳行为

为了确定稀土元素Sc对T6态铸造Al-9.0%Si-4.0%Cu-0.4%Mg合金(质量分数)的低周疲劳行为的影响规律,研究了T6态铸造Al-9.0%Si-4.0%Cu-0.4%Mg合金和Al-9.0%Si-4.0%Cu-0.4%Mg-0.3%Sc合金的低周疲劳行为.结果表明,在低的外加总应变幅下,Al-9.0%Si-4.0%Cu-0.4%Mg合金在整个疲劳变形期间均表现为循环应变硬化,Al-9.0%Si-4.0%Cu-0.4%Mg-0.3%Sc合金在疲劳变形初期表现为循环应变硬化,在疲劳变形后期则表现为循环稳定;当外加总应变幅较高时,Al-9.0%Si-4.0%Cu-0.4%Mg(-0.3%Sc)合金均呈现循环应变硬化.Sc的加入可以有效地提高T6态Al-9.0%Si-4.0%Cu-0.4%Mg合金的循环变形抗力和低周疲劳寿命.在较低的外加总应变幅下,T6态Al-9.0%Si-4.0%Cu-0.4%Mg(-0.3%Sc)合金的循环变形机制为平面滑移,当外加总应变幅较高时则为波状滑移机制.     

不同热处理状态Al-3.5Mg-0.2Sc合金的动态应变时效行为

在不同循环频率下对Al-3.5Mg-0.2Sc合金进行室温低周疲劳实验,研究固溶态和固溶+时效态Al-3.5Mg-0.2Sc合金在低周疲劳加载条件下的动态应变时效行为。结果表明:固溶态和固溶+时效态合金在室温低周疲劳过程中可发生动态应变时效,且动态应变时效行为主要受循环频率和热处理的影响;当循环频率为1.0 Hz、0.5 Hz时,在固溶态和固溶+时效态合金不同周次的循环滞后回线上拉伸和压缩加载部分均可观察到C型锯齿状波动;对比合金的循环应力最大跌落值可知,随着循环频率的降低,合金的动态应变时效行为减弱直至消失;当循环频率相同时,固溶+时效态合金的动态应变时效程度始终高于固溶态合金。     

Sc、Zr微合金化对Al-4Cu-1.5Mg合金组织与性能的影响

试验研究了Sc和Zr复合微合金化对Al-4Cu-1.5Mg合金铸态显微组织与力学性能的影响规律。结果表明,复合添加微量Sc和Zr,有效改善了合金铸态微观组织,细化了合金晶粒,使粗大的树枝晶转变为均匀细小的等轴晶。当Sc、Zr含量分别为0.4%和0.2%时,合金的抗拉强度、屈服强度及伸长率分别为275.0MPa、176.0MPa和8.0%,与未添加合金元素的Al-4Cu-1.5Mg合金相比,抗拉强度提高了55.3%,伸长率提高了近3倍。     

压力对Al-5.0Cu-0.4Mn合金疲劳塑性应变能的影响

采用低周疲劳性能测试研究了不同压力对Al-5.0Cu-0.4Mn合金低周疲劳塑性应变能的影响。结果表明,不同压力下挤压铸造Al-5.0Cu-0.4Mn合金的塑性应变能密度均随着循环周次的增加而减小,并且压力越大,合金的塑性应变能密度下降的幅度越大;合金的塑性应变能密度跟循环应变幅的大小相关,同一应变幅下,压力下成形的合金塑性应变能密度更大;压力下塑性应变能密度差别在低寿命区比高寿命区大;压力越大,合金抵抗低周疲劳破坏的能力越好。     

2A12铝合金T6和T8时效态的疲劳性能

在MTS-8032疲劳试验机上对不同时效状态的2A12铝合金进行轴向拉伸应力疲劳试验,并采用扫描电镜(SEM)分析该合金T6和T8时效状态对疲劳断口形貌的影响。结果表明:T6态(495℃×1 h水淬,190℃×8 h时效)和T8态(495℃×1 h水淬,预拉伸4%后进行190℃×6 h时效)2A12合金棒材,轴向疲劳寿命都随着应力水平的提高而降低。在较高应力水平如420 MPa,T6态和T8态合金的轴向疲劳寿命相近,都在105左右。而在较低应力水平如280 MPa,T8态合金的疲劳断裂循环周次较高。预变形处理提高合金300 MPa应力水平以下的疲劳寿命。T6态合金在107次的疲劳强度约为220 MPa,而T8态合金在107次的疲劳强度约为280 MPa。4%的预拉伸变形处理可以提高合金的疲劳强度。     

元素Cu、Mn及热处理对Al-20Si合金组织及力学性能的影响

在Al-20Si合金中添加含Cu、Mn元素的中间合金,熔炼得到Al-20Si-0.2Cu-0.3Mn、Al-20Si-0.6Cu-0.5Mn、Al-20Si-1Cu-0.7Mn和Al-20Si-1.4Cu-0.9Mn的Al-Si合金。采用金相显微镜、拉伸试验机、布氏硬度计等对铸态及固溶处理+人工时效(T6)热处理态的不同Cu、Mn含量的Al-20Si合金的微观组织及力学性能进行研究。结果表明:Cu、Mn元素可以细化Al-20Si合金中的初生硅和共晶硅,使其组织均匀化,并提高Al-20Si合金的抗拉强度和布氏硬度。Cu、Mn元素的合理添加量分别为1wt%和0.7wt%,此时铸态Al-20Si合金的抗拉强度达到最大值(238 MPa),T6热处理态Al-20Si合金的硬度达到最大值(212 HB)。T6热处理可以改善Al-20Si合金中的Si相,细化初晶硅和共晶硅,消除枝晶,并形成固溶强化。     

氧化硅气凝胶对Al-4Cu-0.1Sn合金组织与性能的影响

采用铸造、冷轧和T6热处理制备了SiO₂气凝胶(SA)增强铝基复合材料。研究了SA含量对Al-4Cu-0.1Sn合金显微组织(铸态与冷轧T6态)与力学性能的影响。结果表明,SA能有效地加入到Al-4Cu-0.1Sn合金中,并以球状形式均匀的分布在晶粒内部。铸态下,随着SA含量的增加,合金的显微硬度呈上升趋势。当SA含量为0.02%时,合金平均硬度(HV)达到最高85,相对于未添加SA的合金提升了49%,但铸态下添加SA的合金拉伸性能略微下降;冷轧T6态下,当SA含量为0.02%时,合金硬度(HV)为138。随着SA增加,合金的屈服强度与抗拉强度先升高后降低,当SA含量为0.04%时,合金屈服强度达到320 MPa,抗拉强度达到401MPa,相比于未添加SA的合金提升了10.3%和10.7%。添加SA能够提高铸态Al-4Cu-0.1Sn合金硬度的机理是其细化了铸态合金的晶粒,并使晶界处第二相由粗大的骨骼状变成细小的非连续状。添加SA提高冷轧T6态强度的机理是细化了Al₂Cu相并消除了Al₇Cu₂Fe相。     

Sc添加对铸造Al-3Cu-1Li合金在酸性NaCl溶液中腐蚀行为的影响

在2 mol/L NaCl酸性溶液中,研究少量Sc对铸态Al-3Cu-1Li合金腐蚀行为的影响。通过XRD对铸态Al-3Cu-1Li-xSc（质量分数）合金进行相分析,用FE-SEM/EDS和TEM观察了Al-3Cu-1Li合金和Al-3Cu-1Li-0.5Sc合金的显微组织;采用极化曲线、电化学阻抗谱（EIS）、电化学噪声（EN）和浸泡法对合金的腐蚀行为进行了研究,并探讨腐蚀机制。结果表明：含Sc的Al-3Cu-1Li合金晶内富Cu球形相减少,晶界析出W相。随Sc含量的增加,合金腐蚀反应的活化能降低,阴极析氢速率增加,自腐蚀电流密度增加,合金的耐蚀性降低。添加Sc后,合金在空气中形成的表面膜保护作用减弱至消失,使含Sc合金的阻抗谱低频感抗弧逐渐消失。在EN测量期间,不含Sc和含0.1%Sc的合金表面处于“膜破裂-再钝化”状态;含0.3%Sc和0.5%Sc的合金发生严重的局部腐蚀（晶间腐蚀）,且与W相有关。     

Ce含量和T6热处理对Al-0.3Fe-0.1Si合金组织与性能的影响北大核心

研究了稀土元素Ce和T6热处理工艺对Al-0.3Fe-0.1Si合金组织和性能的影响。结果表明，添加适量的稀土Ce和T6热处理均可抑制晶粒长大，并有效细化Al-0.3Fe-0.1Si合金的晶粒尺寸。当稀土Ce的加入量为0.2%时，铸态合金的抗拉强度为81.7 MPa，比加入量为0.1%时提高了10.7%。稀土Ce的加入量为0.3%时，T6态合金的电导率为58.13%IACS，比铸态合金提高了2.3%。热处理前后的Al-0.3Fe-0.1Si-0.1Ce合金与Al-0.3Fe-0.1Si-0.3Ce合金的电导率接近。当稀土Ce的加入量为0.1%～0.2%时Al-0.3Fe-0.1Si合金获得较好的综合性能。本研究的结果可为导电Al-0.3Fe-0.1Si合金制备提供理论和试验参考。     

Sc含量对机械工业用新型轻合金的性能影响

生产了机械工业用新型轻合金Mg-6Al-2Sn-0.1Ti,其中添加0~0.8wt%Sc。进行了显微组织、力学性能、疲劳性能和耐腐蚀性能的测试与分析。结果表明:随Sc含量增加,合金的力学性能、疲劳性能和耐腐蚀性能均呈现出先增大后减小的变化趋势。与不添加Sc的合金相比,添加0.4%Sc可使合金的抗拉强度增加51 MPa、屈服强度增加52 MPa、伸长率增加5.4%、疲劳寿命增加71.2%、腐蚀电位正移221m V;此时,Sc含量优选为0.4%。     

含钪Al-9.0Zn-2.5Mg-1.2Cu-0.15Zr合金铸态组织与力学性能

采用铸锭冶金法制备了Al-9.0Zn-2.5Mg-1.2Cu-0.15Zr、Al-9.0Zn-2.5Mg-1.2Cu-0.12Sc-0.15Zr和Al-9.0Zn-2.5Mg-1.2Cu-0.20Sc-0.15Zr三种合金,采用金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜,研究了三种合金铸态及不同热处理状态下的显微组织,测试了不同热处理状态下合金的力学性能。结果表明,Sc含量增加可以提高Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的抗拉强度和伸长率,Al-9.0Zn-2.5Mg-1.2Cu-0.15Zr-0.20Sc经固溶和T6处理后,抗拉强度达到774.6 MPa,伸长率为8.3%。其作用机理主要为Sc含量增加,使合金中Al(3 Sc,Zr)引起的细晶强化、亚结构强化和弥散强化更进一步加强。     

相变塑性钢的低周疲劳性能和裂纹扩展速率

通过对新型低碳低硅相变塑性钢(TRIP钢)的低周疲劳和裂纹扩展试验,得到试验TRIP钢循环应变硬化系数n’为0.1891,循环强度系数K’为1551MPa;疲劳强度指数b为-0.1123,疲劳强度系数fσ’为1266MPa;疲劳延性指数c为-0.5918,疲劳延性系数fε’为0.3374。裂纹扩展门槛值ΔKth为229MPa(mm)1/2,具有良好的疲劳性能。用试验得到的疲劳特性参数进行了相关零件的结构和疲劳仿真分析,指导汽车零件的设计。预测认为轻量化结构设计是合理的,轻量化后零件的疲劳台架试验结果也验证了预测的正确。     

微量Sc和Y对Al-0.2Ce合金线材微观组织与性能的影响

采用熔铸→均匀化→热挤压→冷拉拔→退火工艺制备出Φ4 mm的Al-0.2Ce-xSc-yY合金线材,研究了微量Sc、Y对合金晶粒组织、相组成、亚结构及电导率、拉伸性能的影响.结果表明:加入微量Sc和Y后,消除了铸态Al-0.2Ce合金的枝晶,促进了等轴晶粒的形成,Al-0.2Ce-0.2Sc-0.1Y合金的平均晶粒尺寸...     

微结构和应力比对Ti-6Al-4V高周和超高周疲劳行为的影响

采用旋转弯曲和超声疲劳实验分别测试了全等轴和等轴双态组织Ti-6Al-4V合金的高周和超高周疲劳性能,并用SEM观察了疲劳断口特征.结果表明:2种组织Ti-6Al-4V合金的高周和超高周疲劳行为相似,不同应力比下,其S-N曲线均表现出单线形或双线形的形式;存在滑移机制和解理机制2种疲劳破坏机制.随应力比增加,2种组织Ti-6Al-4V合金的高周和超高周疲劳破坏机制均从滑移机制向解理机制转变.基于疲劳寿命和疲劳强度建立模型分析了应力比对2种机制之间竞争行为的影响,模型预测结果与实验结果趋势吻合.     

Sc、Zr对Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能的影响

制备了成分Al-5．8Zn-2．5Mg-1．6Cu-0．2Cr和Al-5．8Zn．2．5Mg-1．6Cu-0．2Cr-0．23Sc-0．12Zr的两种合金。通过金相显微镜及电镜观察、力学性能及腐蚀性能测试，分析了两种合金不同处理状态的显微组织及其不同状态下的力学性能和腐蚀性能。结果表明，添加Sc、Zr能显著细化合金的铸态组织，对合金的力学性能及腐蚀性能也起到极大的提高作用。添加Sc、Zr的2#合金与1#合金相比较，经T6处理后，前者的抗拉强度提高110N／mm^2，屈服强度提高91N／mm^2，伸长率也略有提高。     

Sc对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金铸态组织和力学性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜和能谱分析,研究Sc对Al-9.0Zn-2.5Mg-2.5Cu-0.15Zr合金铸态组织和力学性能的影响。结果表明,添加0.20%-0.60%的Sc,会使合金的铸态组织由粗大的树枝晶变为等轴晶,并使Cu的偏聚减轻,且Sc含量越高,合金铸态组织越细,Sc含量为0.60%的合金铸态组织最细小;随着Sc含量的增加,合金的抗拉强度升高,T6态时,Sc含量为0.60%的合金抗拉强度高达783.9 MPa。从熔体中析出的Al3（Sc,Zr）一次粒子具有与α（Al）基体相同的FCC晶格,晶格常数接近,可有效地细化合金的铸态组织。合金强化机理主要为Al3（Sc,Zr）引起的细晶强化、亚结构强化和沉淀强化。     

热处理对挤压变形Mg-7%Zn-0.6%Zr-0.5%Y合金低周疲劳行为的影响

对热挤压、时效处理(T5态)及固溶+时效处理(T6态)Mg-7%Zn-0.6%Zr-0.5%Y合金(质量分数)分别进行了低周疲劳实验,探讨了热处理对合金低周疲劳变形行为的影响.结果表明:时效处理和固溶+时效处理可提高热挤压Mg-7%Zn-0.6%Zr-0.5%Y合金的循环变形抗力;时效处理降低了合金的疲劳寿命,固溶+时效处理可以提高合金在较高外加总应变幅下的疲劳寿命,但降低合金在较低外加总应变幅下的低周疲劳寿命;不同状态合金的弹性应变幅和塑性应变幅与载荷反向周次的关系可分别用Basquin和Coffin-Manson公式来描述;时效及固溶+时效处理过程中形成的长周期堆垛有序结构(LPSO相)是合金的循环变形抗力大幅提高的主要原因,而疲劳变形过程中形成的孪晶可能是时效态合金疲劳寿命降低的原因.     

表面粗糙度对Ti-6Al-4V合金超高周疲劳性能的影响

采用自行研制的超声疲劳实验装置,研究不同表面粗糙度下Ti-6Al-4V合金的超高周疲劳性能.结果表明,当表面凹痕宽深比a/c(a为凹痕宽度,c为凹痕深度)在2~10之间时,Ti-6Al-4V合金的临界凹痕深度在0.49~1.10μm之间.当表面凹痕深度小于临界深度时,表面粗糙度对Ti-6Al-4V合金的超高周疲劳性能没有影响.当表面凹痕深度大于临界深度时,Ti-6Al-4V合金疲劳寿命随表面粗糙度的增加而下降,并且随着循环周次的增加,Ti-6Al-4V合金疲劳性能对表面粗糙度的敏感性下降.随着表面粗糙度的增加,Ti-6Al-4V合金超高周疲劳裂纹的萌生方式发生变化.超高周疲劳裂纹源有由一个向多个、由内部向次表面转移的趋势;当表面凹痕深度增加到一定程度后,在超高周疲劳寿命区间,Ti-6Al-4V合金疲劳寿命随粗糙度的增加而大幅下降.疲劳裂纹全部从合金表面凹痕根部处萌生,没有内部萌生的情况.     

Sc对Al-3Cu-1Li合金显微组织和电化学腐蚀行为的影响

用真空熔炼炉制备Al-3Cu-1Li-xSc(x=0、0.1%、0.3%和0.5%)合金,观察合金的显微组织,测量合金的维氏硬度。在0.1mol/L NaCl溶液中,用开路电位(OCP)、极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)和Mott-Schottky曲线研究了Sc对Al-3Cu-1Li合金腐蚀行为的影响。结果表明:Sc细化了合金的显微组织,提高了合金硬度;Sc添加后未改变合金的电化学腐蚀机制,该合金热力学稳定性提高的同时耐蚀性有所降低;该合金的耐蚀性与其腐蚀产物膜的载流子密度高低具有相关性。     

V元素对Al-4.4Cu-1.5Mg-0.15Zr合金热裂性能的影响

Al-Cu合金结晶范围宽,树枝晶发达,热裂倾向严重。通过添加不同含量的V元素,研究了Al-4.4Cu-1.5Mg-0.15Zr-x V(x=0、0.05、0.1、0.15、0.2、0.25)合金热裂倾向及组织特征。结果显示,未添加V元素时,合金晶粒形态主要是粗大树枝晶;随着V元素加入,合金的晶粒逐渐变得细小;当V元素添加量为0.2%时,合金组织变得均匀,晶粒呈近等轴晶形态;继续添加V元素合金组织出现粗化现象。对于Al-4.4Cu-1.5Mg-0.15Zr-x V合金,其热裂敏感系数HSC与合金晶粒尺寸变化规律一致。未添加V元素时,晶间低熔点相数量少,不能形成足够多的液膜,合金的热裂倾向最高,热裂敏感系数为1.64;当V元素加入量为0.2%时,合金晶粒间的低熔点相明显增多,在晶间形成大量液膜,合金的热裂倾向最低,热裂敏感系数为1.05。对于Al-4.4Cu-1.5Mg-0.15Zr-x V合金的热裂抗性,最优的V元素加入量为0.2%。添加V元素对合金的影响主要有两方面:一是细化晶粒;二是促进晶间低熔点相形成,形成液膜,提高合金抗热裂性。