铝合金时效-屈服强度的实验与模型化研究

以析出热力学、长大动力学及位错理论为基础，研究了铝合金在时效过程中盘／片状、棒／针状析出相尺寸、体积分数对时效合金强化效果的影响，从微观-宏观相结合的角度建立了具有盘／片状、棒／针状细小时效强化相铝合金的时效工艺-屈服强度量化模型，并通过513K温度下时效Al-Cu-Mg合金和463K温度下时效Al-Mg-Si合金的实验结果对模型进行了验证，取得了较满意的吻合结果，并对本模型的模拟精度与时效析出相参数之间的关系进行了讨论。     

具有盘／片状，棒／针状析出相铝合金的时效—屈服强度变化模型

以析出热力学、长大动力学及强化理论为基础，研究了具有盘／片状、棒／针状析出相铝合金在时效过程中的析出相尺寸、体积分数变化及其对时效合金强化效果的影响，得到了合金成分、时效参数与组织参数、屈服强度间的解析关系式，进而从微观—宏观相结合的角度建立起了具有盘／片状、棒／针状析出相铝合金的时效工艺—屈服强度量化模型，并将该模型应用于6061合金和Al—Zn—Mg合金的时效性能预测，取得了较满意的结果。同时，详细讨论了析出相长径比对时效温度以及合金处理状况的依赖关系。     

含β"-Mg5Si6相Al-Mg-Si合金深冷环境强塑双增原子级机理(英文)

采用分子动力学方法研究β″-Mg₅Si₆析出相体积分数及深冷温度对Al-Mg-Si合金纳米力学特性的影响。模拟结果表明，与纯Al的峰值应力相比，当温度为77 K、β″析出相体积分数为0.107时，Al-Mg-Si合金的峰值应力提高97.05%。当β″析出相体积分数为0.107时，与300 K下样品的峰值应力相比，在27 K下该样品的峰值应力可提高23.55%。研究结果表明，深冷环境有助于提高总位错密度，使样品能够承受更大的应力，这为含β″相的Al-Mg-Si合金提供额外强度和韧性。降低温度可以明显抑制孔洞的萌生和生长(生长率27 K时下降88.5%)，从而提高Al-Mg-Si合金的塑性。     

后时效对超细晶6061铝合金微观结构与力学性能的影响

采用TEM、XRD、显微硬度实验和拉伸实验，利用等通道转角挤压(ECAP)和后时效相结合制备出超细晶6061铝合金，对其微观结构和力学性能进行了对比研究。结果表明，经过两道次ECAP后，合金的平均晶粒尺寸细化到210 nm。两道次ECAP+80℃、20 min低温后时效，合金的平均晶粒尺寸为278 nm，基体中弥散分布细小的针状β’’、L相和Q’相纳米级析出物，拉伸强度和屈服强度分别达到514和483 MPa，并保持了15.1%的均匀伸长率。ECAP在基体中引入的大量位错促进了析出相的形核，加速了时效过程中的析出动力学；ECAP低温后时效，合金的高强度和高韧性与细晶强化、位错强化和纳米析出相强化有关。基于实验结果，分析了合金ECAP和后时效过程中时效相的演变过程。     

多重时效析出第二相对Al-Mg-Si合金电导率的影响

电导率的变化能够灵敏地反应Al-Mg-Si合金的时效析出过程,然而溶质原子及时效析出第二相对电导率的单独影响尚不清楚。Al-Mg-Si合金中含有3种成分和形貌不同的第二相。通过实验及模型化系统地研究Al-Mg-Si合金中多重析出第二相对其电导率的影响。结果表明:由于棒状β″相或针状β′相能够分别在473和523 K时有效地阻碍传导电子的移动,因此Al-Mg-Si合金的电导率主要依赖于棒状β″相(T=473 K)或针状β′相(T=523 K)的影响。模型预测结果与实验结果吻合良好,验证了模型的有效性。     

时效析出过程中Al-4.74Cu-0.50Mg-0.30Ag合金的小角度X散射研究

通过同步辐射小角度X散射实验方法(SAXS)、透射电镜(TEM)和力学性能测试,研究Al-4.74Cu-0.50Mg-0.30Ag合金单级时效过程中的沉淀析出行为.结果表明:合金在单级时效过程中的主要析出相为Ω相和少量的θ'相,随着时效时间的延长,析出相的径向尺寸明显增大,宽度方向变化较小,逐渐演变成为薄片状,析出相尺寸先增大后趋于稳定,其体积分数先增大后减小,最后再逐渐增大,且增大速率降低.     

Al-Mg-Si合金中针棒状析出相时效析出动力学及强化模拟研究

通过与计算相图数据库相耦合,建立了Al-Mg-Si三元合金体系中针棒状析出相时效析出动力学和时效强化模型,考虑了析出相形貌对形核、生长、粗化以及强化效果的影响.通过该模型可以获得不同时效工艺下析出相微观组织特征参数的变化及对应的屈服强度变化.利用该模型模拟了Al-Mg-Si合金在不同时效工艺条件下的时效析出过程和屈服强度变化,并与实验结果及Lifshitz-Slyozov-Wanger粗化模型计算结果进行了对比.基于模型研究并分析了析出相长径比、界面能、合金元素含量以及析出相成分对Al-Mg-Si合金时效析出动力学和强化效果的影响.结果表明:不同的界面能和长径比会影响形核密度和析出相尺寸,进而影响合金的屈服强度.增加基体中Mg含量可以促进时效析出,提高合金屈服强度,而基体中Si含量的增加对合金屈服强度并不产生明显影响.     

Mg、Si含量对Al-Mg-Si合金力学性能及耐腐蚀性能的影响

采用布氏硬度试验、拉伸试验、金相显微镜和透射电子显微镜(TEM)等方法,研究了Mg、Si含量变化对Al-Mg-Si合金力学性能和耐晶间腐蚀性能以及析出行为的影响。结果表明:随着Mg、Si含量的增加,Al-Mg-Si合金的时效硬化速率显著提高,时效峰值硬度和强度均提高。在峰值时效状态下,高Mg、Si含量的合金的硬度与抗拉强度最高,但其耐晶间腐蚀性能明显降低。高Mg、Si含量的合金在时效过程中晶内析出了大量细小弥散的β″相,晶界析出相呈细小连续分布;低Mg、Si含量的合金晶内析出的β″析出相尺寸较大,晶界无沉淀析出相。     

具有盘状析出相铝合金的时交强化模型

以析出热力学、长大动力学及强化理论为基础,研究了具有盘状析出相的铝合金在时效过程中的析出相尺寸、体积分数变化及其对时效合金强化效果的影响,得到了合金成分、时效参数与组织参数、屈服强度间的解析关系式,进而从微观与宏观相结合的角度建立起了具有盘状析出相铝合金的时效工艺－屈服强度量化模型,并将该模型应用于Al-Cu二元系列合金的时效性能预测,取得了较满意的结果。同时,由数据的归纳和组合得出了Al-Cu二元系列合金中盘状析出相临界形核能垒的简易求解式f（△G,x0/xc）＝常数,有助于该模型的普遍适用化。     

Mg-10Gd-1Er-1Zn-0.6Zr合金的双相强化行为（英文）

从长程堆垛有序(LPSO)结构相和β'析出相的尺寸参数和体积分数角度,研究Mg-10Gd-1Er-1Zn-0.6Zr(质量分数,%)合金在不同热处理条件下的组织演变和强化机制。结果表明,经固溶处理后合金中形成两种不同形貌的LPSO相,且LPSO相的形貌及尺寸随固溶条件发生变化,而其体积分数随固溶温度的升高逐渐减小。LPSO相体积分数的减小有利于时效过程中β'析出相的增加。经(500℃,12 h)+(200℃,114 h)处理后,合金的室温抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达352 MPa、271 MPa和3.5%。β'相较LPSO相更利于合金屈服强度的提高,因此,f_(LPSO)/f_(β')值降低,屈服强度提高。     

初生及次生α相对Ti-1023合金拉伸性能和断裂韧性的影响

Ti-1023合金中初生α相(αp)的体积分数对材料性能影响较大:在固溶(ST)条件下,αp相体积分数减少,材料强度降低;在固溶时效(STA)条件下,αp相体积分数减少,材料强度和断裂韧度(K1C)呈升高趋势,但后者增加的趋势没有前者明显.αp相对材料性能的影响与其体积分数的变化改变亚稳β晶粒内溶质原子浓度和亚稳β晶粒尺寸有关.时效过程中析出的次生α相(αs)可明显影响材料的力学性能,随αs的长大和数量的减少强化效应减弱,但KIC和塑性明显提高.对Ti-1023合金,减少αp相的体积分数、控制合适的αs相数量和尺寸并尽可能减少连续晶界α相数量与尺寸,可以获得较高的强韧性匹配.     

AA 7055铝合金时效析出强化模型

利用小角度X射线散射技术获得的系列定量信息,综合运用时效析出动力学理论和析出相切过、绕过强化机制,研究了AA 7055铝合金在120和160℃时效过程中的屈服强度演变模型。结果表明,在时效早期盘状析出相的盘面半径和半厚度均与t^1/2(t为时效时间)成线性关系;在时效后期,析出相尺寸则与t^1/3成线性关系。时效过程中析出相体积分数与t的变化关系遵循JMA (Johnson-Mehl-Avrami)型表达式。综合考虑了GPI区和η’相2类析出相对合金强度的贡献,并且分别考察了这2类析出相的模量强化机制和共格应变强化机制,最终建立了AA 7055铝合金在120和160℃时效过程中的屈服强度变化模型,确定了该合金时效过程中析出相与屈服强度之间的定量关系。     

预处理对汽车用Al-Mg-Si合金组织和晶间腐蚀行为的影响

采用拉伸试验、晶间腐蚀试验、电化学测试、光学显微镜、透射电镜等方法手段研究了Al-Mg-Si合金在不同预处理条件下经烤漆处理后的微观组织与晶间腐蚀行为的演变规律。结果表明,随着预变形量的增加,试验合金晶界析出相的数量密度和尺寸相应地减小,而晶内析出物(β″相)的析出数量增加,尺寸减小,以致不同的预处理试验合金具有不同的综合性能。由预应变和预时效组成的预处理工艺有利于提高Al-Mg-Si合金的综合性能,其晶间腐蚀抗力和烘烤硬化性能都得到显著提高,这主要归因于合金在烤漆过程中不产生无析出区,形成的晶界析出物数量少而不连续,以及基体强化相β″相通过消耗大量溶质原子而充分地析出。     

Mg-12Gd合金的时效析出行为

通过同步辐射小角度X散射实验方法(SAXS)、透射电镜(TEM)分析和维氏硬度测试,研究Mg-12Gd合金等温时效过程中的析出强化行为。结果表明:Mg-Gd合金时效过程中主要析出相为β′相,随着时效时间的增加,析出相的径向尺寸明显增大,宽度方向增加较小,逐渐演变成为椭圆形。175℃时效180 h时,析出相回转半径为12.9 nm;随着时效时间延长到360 h,析出相长大为13.4 nm;随着时效时间继续延长,析出相的尺寸增长速率减慢并最终趋向稳定。透射电镜结果表明:在175℃时效296 h时析出相大部分为β′相,有少量的β″相,β′相是宽5 nm,长13 nm的椭圆形,与小角度X散射结果一致。通过在200℃时效30 min的散射曲线能看出有析出相析出,刚析出时回转半径为2.5 nm,在225℃时效30 min时,析出相的回转半径为2.9 nm。     

微量Sc、Zr及形变热处理对Al-Mg-Si合金组织与性能的影响

采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)观察和硬度、导电率、力学性能检测等方法,研究了微量Sc、Zr及形变热处理对Al-Mg-Si合金组织与性能的影响。结果表明:添加质量分数分别为0.22%Sc和0.05%Zr的Al-Mg-Si合金铸态组织得到显著细化,枝晶组织基本得到消除;在350℃时效过程中,有大量的次生Al3(Sc,Zr)沉淀相析出,强烈地阻碍了位错运动和亚晶界迁移,显著强化了合金;在150℃时效过程中,有Mg2Si强化相析出,进一步强化合金;经600℃固溶+350℃时效+90%轧制变形+150℃时效的形变热处理工艺后,新型Al-Mg-Si-Sc-Zr合金的抗拉强度、硬度和导电率分别达到312 MPa、99 HV0.5和55.4%IACS,综合性能良好。     

非等温蠕变时效对Al-Zn-Mg-Cu合金力学性能和耐腐蚀性能的影响

研究了非等温蠕变时效处理中升温速率和峰值温度对Al-Zn-Mg-Cu合金回弹性能、力学性能和耐腐蚀性能的影响。通过透射电镜分析了合金的析出行为和时效强化机理。结果表明：随着加热速率的降低和峰值温度的升高,合金的回弹率降低;晶内析出相的尺寸增大,而体积分数先增大后减小;晶界析出相逐渐变得不连续,无析出区扩大。经非等温蠕变时效（20℃/h,180℃）处理后的合金主要析出相为致密的η’相,晶界析出相不连续,无析出区的宽度约为44.2 nm。非等温蠕变时效（20℃/h,180℃）处理的合金力学性能和耐腐蚀性能均优于常见的等温蠕变时效（120℃,24 h）处理的合金,并且时效时间缩短了67%。     

锌含量对时效态Mg-8Sn-x Zn-2Al合金组织和力学性能的影响

利用光学显微镜、扫描电子显微镜和万能力学试验机研究了不同Zn含量对时效态Mg-8Sn-x Zn-2Al (x=4,5,7)合金(简记为TZA842、TZA852、TZA872)组织和性能的影响。结果表明,时效态TZA852合金的平均晶粒尺寸最小,细小的第二相体积分数最大、分布最均匀。而且,时效态TZA852合金具有优良的时效行为和力学性能。这主要是因为TZA852合金体积分数最大的细小第二相起到了最强的析出强化作用,同时,时效态TZA852合金中粗大的第二相粒子体积分数最小,减小了应力集中的发生,可有效地防止裂纹萌生。     

铝合金中Mg_2Si相的时效析出过程

描述了Al-Mg-Si/Al-Si-Mg系合金时效析出的一般序列为α-sss→GP 区→β"→β'→β(Mg_2Si),总结了在析出序列中可能出现的各亚稳相的晶体结构模型,讨论了各阶段析出相的形成或转变过程及其强化作用;并就过量的Si、Cu、大塑性变形等对析出相的影响作了探讨.     

Mg含量对高真空压铸AlSi10MgMn合金时效强化的影响

完成不同Mg含量Al Si Mg Mn合金高真空压铸实验,采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对合金微观组织进行分析,得出不同Mg含量下时效析出β″相的密度,并讨论其对力学性能的影响。通过差示扫描量热法(DSC)对不同Mg含量的合金时效析出动力学进行分析,结合Arami-Johnson-Mehl方程计算析出相的析出动力学参数。结果表明:Mg含量较少时,时效强化效果不明显,随着Mg含量的提高,时效强化效果逐渐提高;Mg含量的增加显著提高合金中β″相的数密度,β″相为合金时效强化的主要影响因素;随着Mg含量的增加,达到峰值时效的时间越长,且β″相析出激活能增大。     

合金元素对Al-Mg-Si合金机械性能的影响

以Al-Mg-Si合金为研究对象,借助热力学模拟方法分析了过剩Si、Mn含量对Al-Mg-Si合金挤压制品强度、塑性和韧性等性能的影响。结果表明,过剩Si可促进强化相β″均匀析出,提高了合金的强度。但过剩Si易在晶界处聚集偏析,使晶界脆化,降低了合金的塑性和韧性;在时效过程中,合金中的Mn易与Si形成第二相,消耗了部分Si,从而减少了强化相β″数量,导致高Mn合金时效后的力学性能低于低Mn合金,但Mn的细化作用改善了合金的折弯性能。