Al-14Cu-7Ce合金中片状Al8CeCu4相的球化行为研究

本文通过组织观察、硬度测试和理论计算,研究了Al-14Cu-7Ce合金中片状Al8CeCu4相的高温球化行为。随着退火温度的升高,Al8CeCu4相的球化速度加快。采用通用速率公式计算出Al8CeCu4相的球化过程控制元素为Ce;微观组织观察表明,Al8CeCu4相球化过程包括Gibbs-Thompson 效应作用下片状相分解成棒状相,以及棒状相通过Rayleigh毛细管扰动机制分解成球状相。     

Al-Zn-Mg-Cu-Zr-0.12Ce合金铸锭的均匀化退火及组织演变

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、波谱分析(WDS)、X射线衍射(XRD)以及差示扫描量热仪(DSC)等技术对Al-Zn-Mg-Cu-Zr-0.12Ce合金铸态组织及均匀化退火过程中的组织演变进行研究。结果表明:该合金铸态组织存在严重的枝晶偏析,主要由α(Al)基体、α(Al)+Mg(Zn,Al,Cu)_2非平衡共晶组织以及少量的θ(Al_2Cu)相、Al_8Cu_4Ce相、Al_7Cu_2Fe相构成;均匀化退火过程中,大量层片状共晶组织溶入基体,同时转变生成Al_2Cu Mg相;合金的过烧温度为474.87℃;合金的最佳单级均匀化退火工艺为465℃、40 h,这与均匀化动力学方程测算结果接近;合金经(435℃,8 h)+(470℃,32 h)双级均匀化退火处理后,回溶效果更好,主要残留相为难溶的Al_2CuMg相,少量含Fe杂质相以及Al_8Cu_4Ce相。     

Ce、Cu含量对Al-Cu-Ce合金组织与性能的影响

为了开发含Ce铝合金,采用挤压铸造工艺制备了不同Ce含量的Al-Cu-Ce合金,研究了Ce、Cu含量对Al-Cu-Ce铸造铝合金微观组织与力学性能的影响。结果发现,在低Ce含量的Al-Cu-Ce合金中,随着Ce含量增加,合金常温和高温性能均降低,铸造性能改善,Cu和Ce反应形成了共晶Al_8Cu_4Ce相,Al_2Cu相的数量减少,固相线温度提高。在高Ce含量的Al-Cu-Ce合金中,Cu和Ce反应形成了初生和共晶Al_8Cu_4Ce相,初生Al_8Cu_4Ce相因密度大造成偏析。当Cu、Ce的含量分别为14%、5%时,经T6处理后,室温抗拉强度和伸长率分别为368MPa、3.0%,在350℃时抗拉强度和伸长率分别为78MPa、19%。     

Ce和Zr对7150合金铸态及均匀化组织的影响

利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察Ce和Zr对7150合金铸态及均匀化显微组织的影响。结果表明,在7150合金中添加微量Zr、Ce,对合金铸态组织细化效果明显;均匀化过程中,Ce能促进Mg、Zn溶进基体,但增加了7150合金均匀化退火的难度,处理过程中形成了大块状多边形的结晶相Al_8Cu_4Ce,使后续加工中出现裂纹的风险增加。     

大规格高纯净6463铝合金铸锭的均匀化处理工艺

利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜研究了均匀化温度和时间对高纯6463铝合金微观组织及第二相形貌的影响。结果表明:高纯6463铝合金铸锭的枝晶相由细长棒状Al_9Fe_2Si_2和针状或片状初生Mg_2Si组成,随着均匀化温度的升高和时间的延长,细长棒状Al_9Fe_2Si_2发生球化、分解形成颗粒状Al_(12)Fe_3Si,而针状或片状Mg_2Si则全部回溶入基体。大规格高纯净6463铝合金铸锭较为合理的均匀化温度应570～616℃,均匀时间应≥24 h,可使大多数细长棒状β-AlFeSi发生球化、分解成颗粒状α-AlFeSi。     

两种Ce微合金化铝锂合金形变热处理时的微观组织与拉伸性能

研究了Ce添加量分别为0.09%及0.23%的Al-4.15Cu-1.25Li-X高强铝锂合金薄板T6态时效(175℃时效)及T8态时效(5%冷轧预变形+155℃时效)时的微观组织和拉伸性能。结果表明,相比T6态时效,T8态时效时铝锂合金强度及伸长率均有所提高。T8态时效时,含0.23%Ce的铝锂合金强度及伸长率均低于Ce含量为0.09%的铝锂合金。Ce含量增加未改变铝锂合金中时效析出相的种类,主要强化相仍为T1相(Al_2CuLi)及θ'相(Al_2Cu),但其数量减少。微量Ce的添加可形成含Ce且富Cu的Al_8Cu_4Ce相粒子,这些粒子在均匀化及固溶处理时均难以完全溶解。Ce含量增加,导致固溶基体中Cu含量降低,时效时含Cu析出相T1相及θ'相含量减少,铝锂合金强度降低。     

Ce对高强Al-Cu-Li合金组织及拉伸性能的影响

采用金相显微镜、透射电镜、扫描电镜及拉伸性能在测试研究0.11%Ce(质量分数)添加对一种Al-Cu-Li系高强铝锂合金薄板T8态时效(5%冷轧预变形+155℃时效)组织和力学性能的影响。结果表明:0.11%Ce添加明显降低合金强度,但伸长率略有增加。微量Ce添加可细化铸态晶粒组织及固溶再结晶晶粒组织;而且微量Ce添加未改变铝锂合金中时效析出相的种类,主要强化相仍然为T1相(Al_2CuLi)及θ′相(Al_2Cu),但其数量减少。铝锂合金中添加微量Ce,凝固时可形成含Ce且富Cu的Al_8Cu_4Ce相粒子,在后续均匀化及固溶处理时均难以完全溶解,导致固溶基体中的Cu含量降低,时效时含Cu析出相T1相及θ′相含量减少,合金强度降低。     

Ho添加对Al-Zn-Mg-Cu合金均匀化热处理过程中微观组织和性能演变的影响（英文）

通过SEM、OM和DSC,研究添加Ho的Al-Zn-Mg-Cu合金均匀化热处理制度,测试不同均匀化热处理过程中合金的电导率和硬度变化。结果表明,铸态合金中存在4种第二相:T(AlZnMgCu),Al_7Cu_2Fe,Al_8Cu_4Ho及S (Al_2CuMg),第二相导致合金元素分布存在严重微观偏析。合金在475℃均匀化热处理20 h后,T相完全回溶基体且未观察到S相,仅剩余Al_7Cu_2Fe和Al_8Cu_4Ho。硬度和电导率随T相的回溶而变化,T相的回溶使得合金硬度升高,电导率降低。同时,在475℃均匀化热处理5～20 h过程中,Al_3Ho相析出,这一现象引起硬度和电导率的升高。结合均匀化动力学分析,确定合金适宜的均匀化热处理制度为470～475℃/20～25 h。     

铜铝复合板界面相生长行为

采用铸轧法制备了铜铝复合板,利用SEM,EDS和XRD等分析手段研究了其在300~500℃热处理0.5~8 h下界面层的微观结构和物相成分,从扩散动力学和相变热力学角度探讨了界面相的形成和长大机制。结果表明:铸轧法生产的铜铝复合板界面为3层结构,从铜侧到铝侧依次为Al_4Cu_9层、AlCu层和Al_2Cu层;各界面层扩散系数与温度满足Arrhenius关系,Al_4Cu_9层、AlCu层、Al_2Cu层及整个界面层的生长激活能分别为119.789,94.986,89.259和102.084 k J/mol;在扩散动力学和相变热力学共同作用下,界面处Al_2Cu相最先生成,其次为Al_4Cu_9相,随后在两者之间生成AlCu相。     

6061铝合金与H60铜合金TIG热导焊接头组织与性能

采用TIG电弧加热H60铜合金,依靠热传导使6061铝合金熔化,从而实现铝/铜异种金属的可靠连接。使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)等分析测试方法对铝/铜接头微观组织进行观察和分析;研究了不同焊接电流对铝/铜接头界面组织和力学性能的影响。结果表明:铝/铜接头界面组织为铜合金母材/Al_4Cu_9反应层/Al_2Cu反应层/α-Al+Cu_5Zn_8+Al_2Cu相/铝合金母材;随着焊接电流的增加,靠近铜合金母材侧Al_4Cu_9+Al_2Cu反应层的厚度逐渐增加,当焊接电流达到110 A,接头界面处可以观察到明显的裂纹;随着焊接电流的增加,铝/铜接头的拉伸载荷呈现出先上升后下降的趋势,最大拉伸载荷为1.67 kN。     

新型Al-Cu-Mg-Ce合金的热处理工艺及组织演化

采用光学显微镜(OM)、电子探针(EPMA)、波谱仪(WDS)、室温力学性能拉伸和硬度测试等方法,对新型Al-4.3Cu-1.4Mg-0.6Mn-0.1Ce合金的最佳热处理工艺进行了探究。结果表明,该合金的铸态组织中由于Ce、Cu原子的交互作用而存在严重的枝晶偏析,经420℃×8 h+490℃×20 h的双级均匀化处理后,合金内部偏析基本消除,只有少量的非平衡相Al_2CuMg和高熔点相Al_8Cu_4Ce和Al_7Cu_2Fe。当固溶温度为500℃时,固溶效果最佳,且合金没有发生明显的再结晶晶粒长大现象。合金经160~190℃的高温短时人工时效后,硬度变化不大,为117 HBW。经180℃×1 h高温短时人工时效处理后合金的抗拉强度为449.20 MPa,与自然时效状态下的抗拉强度(447.66 MPa)相差不大,但伸长率高出3个百分点。     

6061铝合金的等温凝固组织及第二相的析出顺序

制备了不同等温温度时6061铝合金凝固试样,利用扫描电镜观察了试样的微观组织,利用能谱分析仪测试了等温凝固组织中相的成分,利用X射线衍射仪测试了等温凝固试样中的相组成。结果表明,6061铝合金从900～650℃等温凝固时相的析出顺序为:L→α-Al+Al_4Cu_9+CrMn_3+Cu_(16)Mg_6Si_7+Mn_5Si_3→Cr_3Si→Cu_2Mg→FeCr+Cu_(16)Mg_6Si→富Fe相→Al_7Cu_3Mg_6+Mg_2Si+α-AlFeSi;6061铝合金常见的有害富Fe相是在温度低于700℃时形成的;6061铝合金等温凝固时析出的第二相主要聚集在晶界处。     

Ce含量对新型Al-Cu-Li合金的凝固行为及其相的影响（英文）

分别采用金相,扫描电镜,X射线衍射,电子探针和波谱分析的手段,对一种加入不同铈含量(0,0.1,0.3,and 0.5,质量分数,%的新型Al-Cu-Li合金的铸态微观结构进行了研究。结果表明:随着含铈量的增加,晶粒得到很大程度的细化;在含铈量不超过0.3%的所有试验合金中,均观察到了一种MgAg富集的Al_7Cu_4Li中间相;当含铈量达到0.5%,一种新型的灰色CuSi(Ag Mg)相出现;然而粗大的杆状Al_2CuLi相在含铈量达到0.3%就已经完全消失。分析表明:铈添加导致本试验合金中的中间相的析出序列和凝固行为发生了改变;同时分析发现在合金凝固过程中产生的一种先析Al_8Cu_4Ce相,不但能够促进晶粒形核,同时能够阻止晶粒进一步长大,最终导致含铈的铸态合金晶粒得到细化。     

Al-14Cu-7Ce合金中Al_8CeCu_4相的Ostwald熟化行为（英文）

采用硬度测试、扫描电镜、图像分析和物理建模,研究了Al-14Cu-7Ce合金中Al_8CeCu_4相的Ostwald熟化行为。结果表明,Al_8CeCu_4相的熟化过程受控于Ce元素在Al中的体扩散,其动力学满足体积修正的Lifshits-Slyozov-Wagner理论;基于通用速率公式,计算了Ce元素在Al中的体扩散系数以及Al_8CeCu_4与Al基体的界面能。     

Al-1.2Cu-3.5Li-(0.02Yb)合金多级均匀化退火工艺及其显微组织研究

对Al-Cu-Li-(Yb)合金的均匀化退火过程微观结构的研究是设计高强铝锂合金及其时效处理的基础。采用金相显微镜(OM)、差热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS),研究了Al-1.2Cu-3.5Li-(0.02Yb)合金多级均匀化工艺及均匀化过程中微观组织的演变。结果表明:合金铸态组织存在晶界沿晶和晶内球形一次相,以及枝晶偏析,其中Al-1.2Cu-3.5Li合金析出相由Al_7Cu_4Li、Al_2CuLi和AlCuFe组成,Al-1.2Cu-3.5Li-0.02Yb合金析出相由Al_7Cu_4Li、Al_2CuLi、Al_2Cu和AlCuYb组成。为了让析出相尽可能的回溶,同时避免过烧,Al-1.2Cu-3.5Li和Al-1.2Cu-3.5Li-0.02Yb合金分别设计了500℃12 h+550℃12 h两级均匀化和500℃12 h+560℃12 h+580℃12 h三级均匀化退火。均匀化退火后枝晶偏析基本消除,晶界相和晶内球形相部分回溶。值得注意的是,球形相回溶后,分解为多个细小的球形颗粒,对于Al-1.2Cu-3.5Li合金和Al-1.2Cu-3.5Li-0.02Yb合金,残留相分别为AlCuFe和AlCuYb相。     

Mg、Ce和Cu对2D70铝合金显微组织的影响

通过向2D70铝合金中添加不同含量的Cu、Mg和Ce,并借助OM、SEM和EDS等手段对铸态组织进行分析。结果表明,随着Cu含量增加,2D70铝合金中Al_9FeNi相逐渐减少,产生非平衡共晶反应,析出的共晶组织θ-Al_2Cu相呈花纹网状或者汉字形,当Cu含量过大时,析出降低合金性能的Al_7Cu_4Ni相和Al_7Cu_2Fe相。添加Mg后,多余Cu原子被捕获,形成片层状S-Al_2CuMg相,此时Al_9FeNi相受Cu的影响较小,几乎不再分解。加入Ce,导致Cu原子溶质再分配并充分溶解于基体中,提高了Cu在铝合金中的固溶度,晶界处不再出现大量难熔相,使合金显微组织均匀,并细化晶粒尺寸。     

2A70耐热铝合金铸态组织及均匀化处理工艺

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)及X射线衍射分析仪(XRD),分析2A70耐热铝合金的铸造组织,研究其合理的均匀化热处理制度。同时,采用Thermo-Calc热力学计算软件,模拟Al-2.4Cu-1.5Mg-1.1Fe-1.1Ni合金的非平衡凝固路径,分析2A70合金在凝固过程中的析出相种类,并计算该合金低熔点共晶组织的转变温度,为研究2A70合金的铸态组织及均匀化工艺提供理论依据。结果表明:模拟计算所得2A70合金在凝固过程中主要析出α-Al、Al_2CuMg、Al_2Cu、Al_9FeNi、Al_7Cu4Ni及Al_7Cu_2Fe,与实验分析结果一致,且计算所得低熔点共晶组织转变温度可近似替代实验结果;该合金合理的均匀化热处理制度为490℃/12~16 h+520℃/12 h,在高温长时均匀化过程中,非平衡共晶组织得到较彻底的回溶,Al_9Fe Ni、Al_7Cu_4Ni及Al_7Cu_2Fe难溶相未发生明显变化。     

稀土Ce对7A04铝合金组织和力学性能的影响

通过金相组织分析、扫描电子显微镜观察、能谱仪分析及力学性能测试等手段,研究了稀土Ce对7A04铝合金铸态组织和加工态力学性能的影响。结果表明:当稀土Ce加入量为0.39%时,7A04铝合金的晶粒最为细小,第二相与夹杂最少,合金基体组织得以改善。稀土Ce的加入使合金中生成了大量的CeAl_2和Al_4Cu_2Ce等稀土相。稀土Ce对7A04铝合金硬度影响不大,但是能提高其抗拉强度与伸长率。     

形状记忆晶相/铜基非晶复合材料的组织和微观力学行为（英文）

采用悬浮熔炼-水冷铜模吸铸法制备Cu_(50)Zr_(42)Al_8锥形试样,研究了合金不同直径处的组织和微观力学行为,分析了尺寸效应和裂纹自愈合行为。结果表明,复合材料组织中包括非晶基体相、金属间化合物Al Cu_2Zr相、奥氏体B_2-Zr Cu相和热致马氏体B19’-Zr Cu相。纳米压痕结果表明,单一非晶结构的试样心部硬而表面较软,呈现越小越软趋势,而较大尺寸的非晶复合材料由于析出相的存在,心部软而表面较硬。形状记忆晶相由TRIP效应对非晶基体增强增韧,而Al Cu_2Zr相析出使基体脆化。经150℃/10 min退火后,微观压痕产生的裂纹表现出自愈合行为。加载时,形变诱导B2奥氏体向B19’马氏体相转变并伴随着体积的膨胀,而高于逆转变温度退火,B19’转变为B2相,体积收缩并在组织应力作用下驱动裂纹愈合。     

铜包铝复合材料界面金属间化合物及形成机理（英文）

采用垂直充芯连铸工艺制备了直径为12 mm、铜层厚度为2 mm的铜包铝复合材料。通过SEM、XRD和TEM对界面金属间化合物的种类和形态进行了研究。研究结果表明,Cu_/Al界面主要由层状γ_1(Cu_9Al_4)相、胞状θ(Cu_Al_2)相和α(Al)+θ(Cu_Al_2)共晶组成,特别是在界面组织中观察到残留的针状Cu_3Al_(2+x)相。通过比较γ_1(Cu_9Al_4)和ε_2(Cu_3Al_(2+x))的形核驱动力,证明了ε_2(Cu_3Al_(2+x))相优先在界面处形成。此外,完整揭示了铜包铝复合材料界面形成机理。