Al-4Mg-0.15Ti-0.15Sc-0.15Zr合金的重熔组织和力学性能研究

制备了Al-4Mg-0.15Ti-0.15Sc-0.15Zr合金,并对该铝合金进行了4次重熔。利用SEM、EDS、XRD等技术研究了重熔对合金组织和力学性能的影响。结果表明:重熔前,Ti、Zr、Sc与Al反应形成了多层塔状的Al_3(Sc_(1-x-y)Ti_xZr_y)初生相,作为形核质点,细化了基体组织。随着重熔次数增加,晶粒尺寸增大,尺寸均匀性降低,该初生相晶粒细化效果逐渐减弱,合金力学性能降低。这归因于多次重熔后熔体内有效形核质点数量减少,塔状Al_3(Sc_(1-x-y)Ti_xZr_y)形核质点粗化,并变为碎块状。     

Al-6.5Mg合金的组织与力学性能

采用金相电镜、扫描电镜、EDS能谱分析、拉伸性能测试与JMat-Pro材料仿真软件等测试分析手段,研究了Al-6.5Mg合金铸态与退火热处理态下的微观组织与力学性能。结果表明,Al-6.5Mg合金铸态晶粒尺寸约为90μm,平均抗拉强度、屈服强度、伸长率与断面收缩率分别为228 MPa、131.7 MPa、31.9%与39%,铸态断口形貌呈现为典型的韧窝断裂。经500℃×24h与520℃×24h退火热处理后,合金材料的屈服强度、伸长率与断面收缩率保持不变,抗拉强度分别提升了23.2%与24.2%,为281MPa与283MPa,断口形貌仍呈现为韧窝断裂;受退火过程热力学驱动,晶粒内部与晶界处的Mg元素摩尔分数略有增加。     

Mg-8Li-4Al-0.3Y合金的微观组织与力学性能

利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等手段系统研究了铸态、固溶处理态和挤压态Mg-8Li-4Al-0.3Y(质量分数,%)合金的微观组织,测试了其室温力学性能。实验结果表明:铸态实验合金主要由α-Mg、β-Li、Al2Y和AlLi相以及MgAlLi_2相组成;固溶处理后合金中在相界处分布的MgAlLi_2化合物相消失,大量AlLi相发生分解并固溶于合金基体中,仅剩下部分尺寸较大的AlLi相。在挤压过程中合金发生动态再结晶,显微组织明显细化,组织更加均匀。固溶处理后合金基体硬度明显高于铸态合金;与铸态相比,挤压态合金的综合力学性能得到大幅提升,其抗拉强度和延伸率分别达到208 MPa和25.1%。     

Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr钛合金的组织和力学性能研究

Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr合金采用真空非自耗熔炼制备铸锭,且在1200℃的β区进行均匀化和开坯,在两相区选择3个温度(700、800和900℃)采用模锻工艺制备样品。采用SEM和EBSD等测试方法以及室温拉伸试验,分析了合金的铸态和锻态的微观组织以及锻态合金不同方向的力学性能。结果表明:锻态Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr钛合金中初生α相为粗大平直的片状组织,在塑性变形过程中,α相发生碎裂和动态再结晶现象,最终转变为细小等轴α相。由于钛合金在冷却过程中产生的过冷度较大,在残留β相中会形成片层α相与β相相间排列的状态。Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr合金沿RD(自由延伸方向)方向的拉伸屈服强度最高,为895 MPa;沿FD(锻造方向)方向的抗拉强度最高,为998MPa。Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr合金沿三个方向拉伸均呈现韧脆混合型断裂,沿RD方向的塑性最好,伸长率最大。相较于其他两个方向的韧窝孔,沿RD方向拉伸变形过程所产生的韧窝要大。     

Mg-8Li-4Al-0.3Y合金微观组织与力学性能研究

利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等手段系统研究了铸态、固溶处理态和挤压态Mg-8Li-4Al-0.3Y合金的微观组织,测试了其室温力学性能。实验结果表明：铸态实验合金主要由ɑ-Mg、β-Li、Al2Y和AlLi相以及MgAlLi2相组成;固溶处理后合金中在相界处分布的MgAlLi2化合物相消失,大量AlLi相发生分解并固溶于合金基体中,仅剩下部分尺寸较大的AlLi相。在挤压过程中合金发生动态再结晶,显微组织明显细化,组织更加均匀。固溶处理后合金基体硬度明显高于铸态合金;与铸态相比,挤压态合金的综合力学性能得到大幅提升,其抗拉强度和延伸率分别达到208 MPa和25.1%。     

Al-9.0Zn-2.5Mg-1.2Cu-0.12Sc-0.15Zr合金的组织和性能

通过金相、扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪以及拉伸性能和电导率测试,研究Al-9.0Zn-2.5Mg-1.2Cu-0.12Sc-0.15Zr合金的组织性能。研究结果表明：含0.12%Sc的7000系铝合金铸态组织为细小的等轴晶;合金经强化固溶和T6处理后,抗拉强度σb达829.4MPa,伸长率δ为5.7%;合金经一般固溶及RRA处理后,σb为733.4MPa,δ为5.4%,电导率为37.6%。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。     

铸态和热处理态Ti-6.55Al-3.41Mo-1.77Zr合金微观组织和力学性能

采用真空感应熔炼炉将成分为Ti-6.55Al-3.41Mo-1.77Zr（质量分数）的α＋β钛合金在石墨模具中浇铸成棒材。铸态棒材在700°C下热锻后,通过两种不同的热处理后,分别得到细小和粗大的层片状结构。结果表明：铸态组织的晶粒尺寸约为660μm,而锻造后样品具有细小的晶粒尺寸,约为50μm。在1050°C热处理后的α＋β钛合金具有细小的层片状结构,得到最佳的硬度、拉伸性能和耐磨性。在800°C热处理后的α＋β钛合金具有粗大的层片状结构,具有最大的抗压强度。具有细小层片状结构的热处理态α＋β钛合金的磨损率较小,而铸态α＋β钛合金由于具有粗大和不均匀的微观组织,因此磨损率较大。     

Al-7.8Zn-1.6Mg-0.8Cu-0.14Zr合金的淬火敏感性研究

利用分级淬火方法测定了Al-7.8Zn-1.6Mg-0.8Cu-0.14Zr合金的时间-温度-性能(TTP)C曲线,并通过观察等温保温过程中显微组织和过饱和固溶体晶格常数的变化规律,对合金的淬火敏感性进行了研究。结果表明,合金的淬火敏感温度区间为233~396℃,鼻温为321℃,孕育期为13.829 s。在不同温度下等温时,晶格常数随时间延长先增大后减小,鼻温处的晶格常数值最大。     

La、Zr微合金化对Al-5Mg-0.2Ti合金微观组织和力学性能的影响

采用铸锭冶金法制备了含稀土La和Zr的Al-Mg-Ti合金,通过力学性能测试及金相显微镜、扫描电镜、能谱和X射线衍射仪,观察分析了La、Zr微合金化对Al-Mg-Ti合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,添加0.2%Zr能有效细化Al-Mg-Ti合金晶粒,说明Ti、Zr的细化作用是相容的,同时基体中析出的脆硬相Al_3Zr能显著提高合金硬度,但弱化了晶粒细化对合金强度和塑性的影响。0.2%La和0.2%Zr复合添加时的细化效果更为显著,合金的平均晶粒尺寸仅为55μm,同时La的添加有效避免了脆硬相Al_3Zr的析出和粗化,使合金的强度和塑性都得到了显著的提高,而硬度变化较小。     

Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr合金的微观组织及力学性能

采用半连续铸造方法制备出成分为Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr(质量分数)的镁合金铸锭,经均匀化处理后进行挤压,随后进行人工时效处理。室温拉伸试验显示,合金的抗拉强度最大达460MPa,屈服强度最大达410 MPa,伸长率为5%。光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和高分辨率透射电镜(HRTEM)的观察结果表明,经过挤压后的Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr镁合金,晶粒由均匀化后的60μm细化到20μm以下,且随挤压比的增大晶粒细化效果更加明显。峰值时效态的合金中存在大量与基体共格析出的β′相,这些在时效过程中析出的共格弥散相对位错运动有明显的阻碍作用。以上两点是合金强度提升的主要原因。     

Mg-15Gd-0.6Zr合金的组织与力学性能

通过在Mg-Gd二元合金中添加少量的Zr后制备一种新型的Mg-15Gd-0．6Zr合金，并对合金的微观组织、时效特性和不同温度下的力学性能及拉伸断裂方式进行研究。合金在非平衡凝固过程中容易形成MgxGd（x=2，3，5）相，但用热处理的方法几乎不可能消除。在合金的Cast-T5、Cast-T6、Ext-T5和Ext—T6的4种时效状态中，Ext—T5态达到峰值硬度的时间最短，峰值硬度值最高；而Cast-T5态的则相反。合金具有较高的耐热强度和延伸率，其在不同温度下的抗拉强度与WE54的相当，而延伸率明显优于WE54及其它耐热镁合金的。合金在25℃时的断裂方式以准解理断裂为主，而250℃时的断裂方式以微孔聚集型断裂为主，300℃和350℃时的断裂方式以典型的微孔聚集型断裂为主。     

Zr对Al-6.5Si-0.45Mg-xSc合金微观组织和拉伸性能的影响

采用传统熔配法制备不同Zr含量的铸造Al-6.5Si-0.45Mg-x Sc(x%=0.3%,0.45%(质量分数))合金。利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及电子万能试验机等,研究Zr对铸造Al-6.5Si-0.45Mg-x Sc合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:未添加Zr时,Sc对铸造Al-6.5Si-0.45Mg合金的α(Al)相和共晶Si相均有一定的细化和变质作用,且Sc含量较高时,效果更好。向Al-6.5Si-0.45Mg-x Sc合金中再加入适量Zr,可改善Sc对合金的α(Al)相和共晶Si相的细化和变质效果。与未加Zr合金相比,Zr的添加可进一步细化Al-6.5Si-0.45Mg-x Sc合金的α(Al)相、降低二次枝晶间距(SDAS)、改善共晶Si相形貌和提高合金的拉伸性能,而且,加Zr还能在提高铸造Al-6.5Si-0.45Mg-x Sc合金拉伸性能的同时,降低Sc使用量。     

挤压Mg-6xZn-xY合金微观组织与力学性能

定量研究了大挤压比(81:1)条件下Mg-6xZn-xY合金的微观组织和力学性能。结果表明:随着Zn、Y含量的增加,准晶相含量逐渐增加,α-Mg基体平均晶粒尺寸先减小后增大,Mg-6Zn-1Y合金中的α-Mg平均晶粒尺寸最小为2.9μm,且尺寸分布最均匀,其标准差也达到最小,为0.77μm。随着Zn、Y含量的增加,Mg-Zn-Y合金的屈服强度和抗拉强度逐渐增大,延伸率逐渐降低。相比于α-Mg基体晶粒细化,细小准晶相含量的增加对提高Mg-6xZn-xY合金强度的作用更明显。     

Al-0.12Zr合金中Zr元素的添加方法研究

采用不同Zr添加方法制备了4种Al-0.12Zr合金铸锭,计算了采用不同方法制备Al-0.12Zr合金铸锭时Zr元素的实收率,并利用体视显微镜和金相显微镜分别观察了合金铸态和均匀化处理后的低倍组织及合金热轧板经退火处理后的晶粒。研究结果表明：通过向760℃的铝液中添加Al-4Zr中间合金和复合锆盐方式制备Al-0.12Zr合金铸锭的方法,Zr元素的实收率分别为79%和77%,而通过向760℃和800℃的铝液中直接加入K₂ZrF₆制备Al-0.12Zr合金铸锭的方法,Zr元素的实际收率分别为35%和30%;添加0.12%的Zr能明显细化铝合金铸锭柱状晶晶粒和退火态板材的再结晶晶粒,且Al-0.12Zr退火板再结晶晶粒存在明显的混晶现象;Zr元素添加方法对铝合金铸态、均匀化处理后铸锭及退火态热轧板的晶粒形状和尺寸无明显影响;Al-0.12Zr合金铸锭经460℃保温24 h的均匀化处理后铸锭晶粒保持不变。     

热处理对Al-9.0Zn-2.5Mg-1.2Cu-0.12Sc-0.15Zr合金组织与性能的影响

通过差热分析和X射线衍射分析及硬度、拉伸性能和电导率测试,研究了热处理工艺对Al-9.0Zn-2.5Mg-1.2Cu-0.12Sc-0.15Zr合金组织及性能的影响.结果表明合金的峰值时效工艺为120℃×22 h;综合性能最佳的热处理工艺为120℃×22 h+180℃×30min+120℃×22 h的回归再时效处理(RRA).经RRA处理,合金的σb为733.4 MPa,δ为5.4%,电导率为37.6%IACS.     

Mg-12Al-12Zn-xSi合金的显微组织与力学性能

研究了Si含量对铸态Mg-12Al-12Zn-x Si(x=1,2,4;wt%)合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,加入Si元素后,合金主要由α-Mg基体、β-Mg17Al12相、Mg2Si相和Mg2Zn11相组成;随Si含量从1%增加到4%,合金中的Mg2Si颗粒从少量的多边形块状、花瓣状转变为大量的多边形块状、条棒状,最后转变为多边形块状和粗大的骨骼状;且Si含量为2%时,Mg2Si相颗粒呈相对弥散分布;此时,合金的室温和高温抗拉强度、屈服强度和伸长率达到最大值。合金的室温拉伸断裂形式为准解理脆性断裂。     

热处理对Al-9.0Zn-2.5Mg-1.2Cu-0.12Sc-0.15Zr合金组织与性能的影响

通过差热分析和X射线衍射分析及硬度、拉伸性能和电导率测试,研究了热处理工艺对A l-9.0Zn-2.5M g-1.2Cu-0.12Sc-0.15Zr合金组织及性能的影响。结果表明:合金的峰值时效工艺为:120℃×22 h;综合性能最佳的热处理工艺为:120℃×22 h+180℃×30 m in+120℃×22 h的回归再时效处理(RRA)。经RRA处理,合金的σb为733.4 MPa,δ为5.4%,电导率为37.6%IACS。     

微量Zr对过共晶Al-20Si合金微观组织和力学性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜/能谱、X衍射分析仪及力学性能测试等手段,研究不同添加量的Zr(0.15%,0.3%,0.45%,0.6%)加入Al-20Si合金后对微观组织和力学性能的影响。结果表明:Al-20Si合金中添加微量Zr能使合金中初生硅形态从粗多边形和星形细化为细小多面体形状,并逐渐球化;共晶硅形态从粗大片状、针状结构变为离散颗粒细纤维结构。当Al-20Si合金中的Zr添加量为0.3%时,其细化变质效果最明显,初生硅平均长径比由1.71降至1.26,共晶硅平均长度由20.6μm降至8.7μm。此时,合金的拉伸强度和伸长率分别由初始的89.4MPa和0.67%增至132.1 MPa和1.2%,分别提高了47.8%和79.1%。从XRD和EDS分析结果可知,Al-20Si合金中加入Zr元素形成了Al_4Si_5Zr_3合金相。由断口分析可知,添加Zr形成的Al_4Si_5Zr_3相使合金颗粒弥散并形成了钉扎强化,从而使其力学性能得到显著提升。     

超高强Al-9.0Zn-2.7Mg-1.8Cu-0.12Zr合金均匀化工艺

采用硬度和电导率测试、差热分析、金相观察和电子显微分析方法,研究了均匀化过程中超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金硬度、电导率和显微组织的演变规律。结果表明:铸态合金主要由过饱和固溶体α(Al)及非平衡共晶组织组成。在300~490℃均匀化过程中,其显微组织发生了如下变化:一方面,η相和Al3Zr相的析出行为随着均匀化温度的改变而呈现出规律性的变化;另一方面,随着均匀化温度的升高,铸态合金的枝晶组织和枝晶间粗大的非平衡相逐步消失,其硬度先降低后升高,电导率先升高后降低,这种性能变化与组织结构变化一一对应。合金铸锭适宜的均匀化工艺为450℃保温24 h,均匀化过程动力学分析结果与实验结果基本吻合。     

新型Al-7.5Zn-1.7Mg-1.4Cu-0.12Zr合金单级时效行为研究

通过力学性能和电导率测试以及显微组织的TEM分析,研究新型Al-7.5Zn-1.7Mg-1.4Cu-0.12Zr合金的单级时效行为特征.结果表明:当时效温度由100 ℃升高至160 ℃时,合金时效硬化响应速度明显加快,合金进入过时效状态所需的时间缩短,合金的电导率明显提高.与通常的120 ℃,24 h峰时效态相比,合金经140 ℃, 14 h时效处理后,抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和电导率分别达到585 MPa, 560 MPa, 16.1 %和22.6 MS/m,其抗拉强度仅降低1%,屈服强度却提高4%,电导率更是提高11%,作为单级时效制度具有较明显的优势.合金峰时效状态下的主要强化相是细小弥散分布的η'相和GP区.随着时效温度的升高,晶内和晶界的析出相粗化,140 ℃时效时出现明显的晶间无析出带.