高强Al-Ni系铸造铝合金的挤压铸造及强化机制

为了开发新的高强铸造铝合金材料,分别采用3种铸造工艺,砂型铸造、金属型铸造和挤压铸造,制备了一种以Al-Ni共晶体系为基础的AlZn6Ni4Mg2Cu铸造铝合金材料。研究了Ni元素、热处理和铸造工艺对其微观组织、力学性能的影响规律,揭示了其强化机制。结果表明:4%(质量分数)的Ni在该铝合金中形成了大量的共晶组织(α-Al+Al_3Ni),同时改善其力学性能和铸造性能,起到了共晶强化的作用;固溶和时效热处理导致Al_3Ni相的球化和MgZn_2相的时效析出,提高了该铝合金的强度;相比砂型铸造和金属型铸造,挤压铸造时该铝合金的晶粒和Al3Ni相最细小,力学性能最佳,抗拉强度为586 MPa,断后伸长率为3.5%。由此得出:AlZn6Ni4Mg2Cu铸造铝合金的强化机制为η(MgZn_2)相的时效强化和Al_3Ni相的弥散强化,挤压铸造加T6热处理后,该铝合金的力学性能达到最佳值。     

合金元素在铝合金汽车结构件铸件的研究现状

汽车结构件常用铸造铝合金主要分为Al-Si系和Al-Mg系,综述了添加合金元素提高合金性能的常用手段。对于Al-Si系铸造铝合金,Si不仅可以提高铸造性能,还可以抑制针状Al_5FeSi相的形成;Mg和Cu是主要的强化元素,可以形成Mg2Si相、Al_2Cu相和Q-Al_5Cu2Mg8Si6相;Mn和Mo主要抑制针状富铁相生成;V、Ti和Zr可以细化晶粒,从而提高力学性能。对于Al-Mg系铸造铝合金,当Si含量较高时,如Magsimal誖-plus(Al Mg6Si2MnZr)合金,Mg2Si相为主要强化相,为了避免针状富铁相的生成,Fe含量要求极低;当Fe含量较高时,如Castaduct誖-42(Al Mg4Fe2)合金,主要依靠Mg元素固溶在Al基体,并形成Al-Fe共晶相提高合金强度,Si元素为杂质元素,可以减少针状Al-Fe-Si相的生成。     

合金成分对Al-Zn-Mg-Cu合金凝固结晶相的影响

采用Jmat-Pro热力学相图计算软件对Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的凝固过程及其结晶相形成规律进行了模拟。结果表明,Al-7.0Zn-2.3Mg-1.8Cu合金非平衡凝固过程中先后形成了Al_3Zr、α(Al)、Al_3Fe、Mg_2Si、Mg Zn_2和Al_7Cu_2Fe相。不同合金中的η(Mg Zn_2)、T (Al Zn Mg Cu)和S(Al_2Cu Mg)相的结晶温度区间分别为473.5～476℃、465～482℃和475～479℃。η(Mg Zn_2)、T(Al Zn Mg Cu)相的形成依赖于Zn/Mg比,且随着Cu含量的增加而减少。S(Al_2Cu Mg)相的生成量随Zn、Mg含量的增加而减少,随Cu含量的增加而增加。     

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。     

2055铝锂合金双级均匀化工艺

利用金相显微镜、差示扫描量热仪,扫描电镜研究了2055铝锂合金的均匀化处理工艺。结果表明:该合金适宜的均匀化处理制度为470℃/8 h+530~535℃/22~24 h。铸态合金树枝晶结构明显,由于Cu元素在晶界的大量偏析,形成了含少量Mg、Zn、Ag、Fe、Mn元素的Al Cu相和Al_2Cu相的共晶相以及AlCuFeMn第二相粒子。铸态合金的过烧温度为522.7℃。一级均匀化过程中,主要是含Cu、Zn、Mg、Ag等元素的低熔点共晶相先行溶解;二级均匀化时主要是Al_2Cu相回溶至基体,残余第二相的粒长在15μm左右,主要是含Cu、Fe和Mn元素的难溶相。第二级均匀化制度与均匀化动力学曲线匹配较好。     

不同Mg、Si质量比对压铸铝合金组织与性能的影响

研究了Mg、Si质量比对Al-4Mg-xSi-0.6Cr合金组织和性能的影响。结果表明,未加入Si时,Mg主要固溶于α-Al基体中,少量形成颗粒状的Al_3Mg_2相,综合力学性能好。随着Si的加入,Mg主要与Si形成Al-Mg_2Si共晶组织,合金强度显著提高,但是塑性急剧下降。Mg、Si元素质量比减小导致Al-Mg_2Si共晶组织层片间距增大,形貌变为带有尖端的凹多边形,容易在拉伸过程中形成应力集中,加速合金断裂。当Mg、Si质量比减小到1.6时,继续提高Si含量,Mg_2Si相的数量不再增加,但是有长条状共晶Si生成,强化合金的同时使合金的塑性进一步降低。含Cr相的种类和形貌与Mg、Si元素质量比有关,过剩Mg时Cr元素以大块状Al13Cr2相存在,过剩Si时Cr元素以不规则状Al5(Cr,Fe)Si相均匀分布。     

Fe、Mn、Ce对压铸Al-Mg和Al-Mg-Si合金组织和性能的影响

研究了几种主要合金化元素Fe、Mn、Zn以及稀土元素Ce在Al Mg4.5和Al Mg4.5Si2.6压铸合金中的存在形式,比较了显微组织中第二相种类和形貌对合金力学性能的影响。结果表明Al Mg4.5Si2.6压铸合金中主要存在α-Al相、多边形状Al8(Fe,Mn)_2Si相、层片状Al-Mg_2Si共晶相和短棒状Al(Si)Ce相,Al Mg4.5压铸合金中主要存在α-Al相、少量Al-Al3Mg2共晶相、长条状Al_6(Fe,Mn)相以及不规则的小块状Al_4Ce相,微量Zn主要固溶于合金基体中。在两种合金金相组织中都有剪切带的存在,溶质原子在该区域富集,第二相含量更高。相比于Al Mg4.5合金,Al Mg4.5Si2.6合金强度和硬度更高,但是塑性较低。Al Mg4.5Si2.6合金中层片结构的Al-Mg2Si共晶组织在拉伸过程中容易形成解理台阶,表现为明显的脆性断裂。Al Mg4.5压铸合金在拉伸过程中表现为穿晶断裂和沿晶断裂的混合断裂机制,长条状的Al6(Fe,Mn)粒子尖端处很容易造成应力集中,加速了合金的断裂。     

Al-Zn-Ni-Mg-Cu变形铝合金的共晶强化效应

在Al-Zn-Mg-Cu变形铝合金中加入质量分数3%～5%的Ni元素,通过共晶反应形成了大量的Al_3Ni相,除MgZn_2相时效强化以外还增加了Al_3Ni相的弥散强化作用。Ni含量的增加既改善了Al-Zn-Mg-Cu变形铝合金的铸造性能和可焊性,又提高了抗拉强度和屈服强度。Al-Zn-Ni-Mg-Cu铝合金较佳的成分为Al-5.6Zn-3.5Ni-2Mg-1Cu,其抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为650 MPa、572 MPa和7.5%,焊接接头的抗拉强度和断后伸长率分别为323 MPa、2%。随着强度的增加,Al_3Ni相由界面撕裂转变为自身断裂,Ni含量的增加提高了Al_3Ni的强化效果,但不宜超过共晶点。降低Al_3Ni相的长径比能抑制Al_3Ni相的自身断裂,Al_3Ni相的均匀分布能阻碍再结晶晶粒的异常长大。     

RE对挤压铸造AlSi7Cu4MgMn合金组织和性能的影响

研究了不同RE(Ce、La混合稀土)含量对挤压铸造AlSi7Cu4MgMn合金组织、力学性能及铸造性能的影响。结果表明,RE可提升合金铸造性能,大幅度提高合金成形的良品率。不含RE时,AlSi7Cu4MgMn合金微观组织由α-Al基体、共晶Si相、块状α-Fe相、小块聚集状Al_2Cu相及其他强化相组成;添加适量RE后,块状Fe相转变为短棒状形态,Al_2Cu相细化并形成Al_xCu_4Mg_5Si_4复杂相;过量RE添加会导致合金中富Fe相聚集长大,恶化合金性能。添加0.25%的RE时合金力学性能最佳,抗拉强度为430MPa,屈服强度为392MPa,伸长率为6.8%。     

Al-5Mg-0.8Mn合金的凝固组织研究

通过重熔-凝固试验,研究了接近AA5083合金成分的Al-5Mg-0.8Mn合金的凝固组织。结果表明:Fe和Si元素对Al-5Mg-0.8Mn有重大影响,促进了金属间化合物Al_6(Fe,Mn)和Mg_2Si的形成。当Fe、Si含量很低时,Al-5Mg-0.8Mn合金的凝固组织非常简单,只是在α-Al基体上零星散落着一些细小的Al_6(Fe,Mn)共晶相。当Fe、Si含量较高时,合金中不但出现了大量粗大的Al_6(Fe,Mn)和Mg_2Si共晶相,而且,共晶相Al_6(Fe,Mn)呈现多种不同的形态,而Mg2Si相主要呈汉字状。     

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%。     

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。     

Mg-7Zn-xCu-0.6Zr合金的热裂行为及热分析测试（英文）

通过热分析方法研究Mg-7Zn-x Cu-0.6Zr合金在凝固过程中的显微组织演变。采用具有测力传感器和数据采集系统的约束棒实验装置研究Cu含量(0,1,2和3,质量分数,%)对Mg-7Zn-x Cu-0.6Zr合金热裂行为的影响。Mg-7Zn-xC u-0.6Zr合金的热分析结果表明,该合金主要由α-Mg和Mg Zn2相组成,而含Cu合金有3个潜热释放峰,分别对应α-Mg、Mg Zn Cu和Mg Zn2相。同时,随着Cu含量的增加,α-Mg相的反应温度降低,Mg Zn2和MgZ n Cu相的反应温度升高。热裂实验结果表明,由于添加Cu能提高合金的共晶温度,而缩小凝固温度区间,因此,Mg-7Zn-x Cu-0.6Zr合金的热裂敏感性明显降低。     

高压下Mg-5.88Zn-0.53Cu-0.16Zr合金凝固组织特征及其强化机制（英文）

采用高压凝固技术,在2～6 GPa高压下对常规铸造Mg-5.88Zn-0.53Cu-0.16Zr合金进行凝固。利用SEM、EDS和XRD等手段研究高压凝固合金组织特征以及高压凝固实验合金室温压缩性能及其强化机制。结果表明,在高压作用下凝固,实验合金凝固组织得到显著细化,其二次枝晶间距由常压下的35μm逐渐减小到6 GPa下的10μm;在常压下,Mg(Zn)2、Mg7Zn3和Mg Zn Cu共晶相连成网状分布在枝晶间;在高压下,晶间第二相(Mg(Zn,Cu)2和Mg7Zn3相)多颗粒状或条状断续分布枝晶间。Zn和Cu在基体中的固溶度随凝固压力增加而增大,6GPa下高达4.12%和0.32%。6 GPa下,实验合金的硬度高达HV 90,最大压断抗力为430 MPa。细晶强化、第二相强化及固溶强化是其强度提升的主要机制。     

高Zn含量Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的凝固态显微组织

利用OM、SEM、XRD及TEM等分析方法,对几种高Zn含量Al-Zn-Mg-Cu系合金的凝固态组织进行研究,通过比较不同合金中一次凝固析出相的种类、形貌结构及合金元素在各相中的显微分布,揭示了不同凝固析出相的形成过程与机理。结果表明:法系7449、7056合金晶界处粗大析出相为T(Mg(Zn,Cu,Al)2)四元相共晶组织,且大部分共晶组织网层状结构发达,共晶组织特征明显;美系7136与7095合金晶界处粗大的网状结构第二相数目大大减少,主要以棒条状结构存在,且部分粗大第二相是以两相(T(Al Zn Mg Cu)与θ(Al2Cu))伴生的结构形态存在;不同合金凝固态显微组织的差异是由合金成分的不同而导致的凝固进程的差异造成的;其中,Cu元素含量对凝固态组织中一次凝固析出相的种类及结构形貌有较大影响。     

Zn、Mg和Cu元素对Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Er铝合金铸态组织及性能的影响

采用OM、SEM、EDS、XRD、硬度和导电率测试研究了Zn、Mg和Cu元素对Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Er铝合金铸态组织及性能的影响。结果表明:合金的铸态组织均为典型的树枝晶,主要由α-Al基体、粗大的非平衡共晶相(AlZnCuMg四元相)、细小弥散的MgZn_2相及少量的Al_2Cu相组成。随着Zn、Mg和Cu含量的增加,非平衡共晶的数量和体积分数增加,枝晶臂间距变窄,且非平衡共晶相的厚度增加。同时,提高Zn、Mg和Cu元素含量,合金硬度增加,导电率下降,其中Mg含量增加对其影响最大。这些与JmatPro热力学相图计算结果及第二相的理化性能相吻合。     

海外文献速报

20 0 3 0 60 1　HeibergG ,NogitaK ,BaanesMetal.亚共晶Al Si合金中Mg ,Fe ,Cu对共晶凝固的影响 .Giesserei Praxis ,2 0 0 2 ( 12 ) :43 9～ 44 7A3 5 6及A3 19类亚共晶Al Si铸造合金 ,具有较高的工业使用价值。该类合金大多数用于汽车制造中的重要构件如轮毂等 ,既有高的力学性能也有良好的铸造性能。试验用的合金成分中 ,除亚共晶Al Si合金外 ,还对Al Si Mg合金中Mg的质量分数增加到 0 .6% ,及Al Si Cu合金中的Cu的质量分数增加到3 .15 %作了试验。在 3 5 6合金中Fe的质量分数 0 .0 7% ,Mg的质量分数为 0 .3 5 % ,Cu的质量…     

Mg对初生Al3Fe形貌及其生长过程的影响

研究了Mg元素对铸造Al-10?过共晶合金初生Al3Fe相形态的影响.结果发现,加入Mg使初生Al3Fe相由原来的发达针状向树枝状→不规则块状转变.加Mg以前,初生Al3Fe相表面光滑,随着Mg加入量的增加,初生Al3Fe的分枝也逐渐加剧.对Mg元素的影响机理做了分析.     

高Zn含量Al-Zn-Mg-Cu合金均匀化过程中显微结构演变研究（英文）

对一种高Zn含量Al-Zn-Mg-Cu合金进行均匀化处理,通过光学显微镜(OM)、差热分析(DSC)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)研究合金的显微结构演变。使用扩散动力学模型推导均匀化动力学方程,用于确认最佳均匀化参数。结果表明:合金的铸态组织中存在严重偏析,非平衡共晶结构包含α(Al)、Mg(Zn,Cu,Al)_2、S(Al_2CuMg)、θ(Al_2Cu)和富Fe相。当前研究表明均匀化过程中没有发生Mg(Zn,Cu,Al)_2相向S(Al_2CuMg)相的转变,Mg(Zn,Cu,Al)_2相直接回溶。随着均匀化的进行,θ(Al_2Cu)相溶入基体。均匀化后富Fe相仍残留,但随着保温时间的延长,富Fe相中的Zn、Mg元素逐渐减少或消失。最佳均匀化参数为440℃/12 h+468℃/24 h,这与均匀化动力学的分析相一致。     

Zn、Mg、Cu对铸造Al-Zn-Mg-Cu合金强度和热裂性能的影响

采用正交试验,研究了Zn、Mg、Cu3种元素对铸造Al-Zn-Mg-Cu合金力学性能和热裂倾向的影响。结果表明,3种元素对合金的抗拉强度和热裂倾向影响不同。对抗拉强度影响次序为:Zn>Mg>Cu;对热裂的影响次序为Cu=Mg>Zn。在试验范围内,随着Zn含量增加,抗拉强度和热裂倾向增大;随着Cu含量增大,抗拉强度和热裂倾向减少;随着Mg含量增加,抗拉强度先增大后减小,热裂倾向先减小后增大。低熔点晶间共晶组织对抗拉强度和热裂有重要的影响,随着共晶组织数量的增加,强度下降,热裂倾向先减小后增大。