不同Cu含量Al-Cu合金的微观组织及DSC分析

利用差示扫描量热分析仪和场发射电子扫描显微镜,对不同Cu含量的Al-Cu合金微观组织和DSC曲线进行了分析研究。结果发现,在含Cu量为5%~40%的范围内,随着Cu含量的增加,Al-Cu合金的熔化潜热逐渐减小。亚共晶成分合金中,随着Cu含量的增加,初生-αAl相所占比例逐渐减小,共晶组织所占比例随之增加。     

来流对Al-Cu合金三维树枝晶生长的影响

建立了模拟二元合金树枝晶生长的三维元胞自动机模型,以Al-4%Cu(质量分数)为模型合金,模拟了合金过冷熔体中树枝晶的生长过程,研究了来流对枝晶生长的影响.结果表明,来流对合金过冷熔体中三维树枝晶生长影响显著,迎流侧枝晶尖端生长速度随来流速度的增大而增大,枝晶尖端半径随来流速度的增大而减小;随着来流速度的增大,枝晶尖端选择参数减小;在给定过冷度条件下,随界面能各向异性的增大,来流对枝晶尖端选择参数的影响增强;对于给定的合金(或界面能各向异性),来流对枝晶尖端选择参数的影响随着过冷度的增大而增强.     

Al-Cu合金共晶凝固组织形貌及其影响因素

利用光学显微镜、扫描电镜等仪器研究了Al-Cu合金中α-Al及θ-Al2Cu相的生长行为,成分及冷却速度对共晶组织形貌的影响.结果发现,在过共晶组织中,初生θ-Al2Cu相形貌大部分有明显的拐角,呈现小平面生长特性.在α-Al与θ-A12Cu相共晶耦合生长时,θ-Al2Cu择优生长特征削弱,与α-Al耦合生长呈现非小平面-非小平面生长.在亚共晶组织中,出现了θ-Al2Cu包裹着初生α-Al相的晕圈组织.随着冷却速度的加大,共晶组织细化,初生α-Al相枝晶发达,初生θ-Al2Cu由大块板条状向短矩形转变.     

电磁振荡凝固诱导Al—Cu共晶合金宏观和微观组织的细化

通过在Al-Cu共晶合金凝固过程中同时施加稳恒磁场和交变电场的方式.在熔体中产生了电磁振荡,研究了电磁振荡对Al-Cu共晶合金宏、微观组织的影响.结果表明,适当控制电磁振荡过程参数,可使Al-Cu共晶合金中的宏、微观组织同时得以细化,并分析了组织演化的机理.     

半固态铸造高Cu含量Al-Cu合金的组织及形成机制

通过对较高Cu含量的铝合金微观组织的观察,研究了半固态铸造的Al-10Cu、Al-20Cu和Al-40Cu合金中初生α-Al枝晶、共晶晶粒和初生θ相的形貌、尺寸的变化规律以及形成机制.结果表明,半固态铸造Al-10Cu、Al-20Cu合金的初生α-Al呈近等轴的球状或蔷薇球状,其大小为50～80 μm;半固态铸造的过共晶Al-40Cu合金中初生CuAl2的形貌由较粗较长的条状转变为粒状或长径比较小的短棒状或近等轴的颗粒状,其平均尺寸小于80 μm,基本消除了粗长的初生CuAl2,改善了晶粒形貌;与普通铸造相比,半固态铸造3种Al-Cu合金的组织得到显著的改善,完全能够达到工程应用的要求.经强烈搅拌制备的半固态Al-Cu合金中的α-Al晶粒的生长可以看作内生生长,这是高Cu含量的铝合金能形成近等轴的球状、蔷薇球状、较小的短棒状、近等轴的颗粒状组织的原因.     

过共晶Al—23%Si合金中硅相生长的研究

从过共晶Ａｌ－２３％Ｓｉ合金的液态结构出发，研究硅晶体珠成核和变质机理。借助于扫描电镜，电子探针和Ｘ衍射，从结晶学角度，分析硅相生长形貌及机理。     

强塑性变形中Al-Cu二元合金相的溶解行为

研究了不同变形特性的Al-Cu合金相在等通道挤压(ECAP)和多向压缩(MAC)强塑性变形中的溶解行为.结果表明:可变形粒子θ′′和θ′在强变形中由于自身的应变,产生了具有高能量的亚晶界和剪切变形带,导致溶解发生,且由于表面能的作用使溶解持续进行;而对于难变形的θ粒子而言,只有破碎后的尖锐菱角部分由于表面能的作用而发生溶解;相对纯剪切应力的ECAP方法,MAC方法由于压应力分量的作用能够在析出相内部更有效地引入应变能,从而加速其溶解.     

脉动磁场对Al—Cu合金热裂的影响

用对比的方法，研究了脉动磁场对ＡｌＣｕ合金热裂倾向性的影响。实验结果表明：脉动磁场具有缩小ＡｌＣｕ合金有效结晶区间、减小有效结晶区间线收缩之功能，有效地降低了ＡｌＣｕ合金热裂倾向性；磁场频率的影响为：ｆ＝１９５Ｈｚ时热裂纹最小，ｆ＞３７．５Ｈｚ时影响不大。     

外场应力对Al-Cu合金中θ″相形貌及析出行为的影响(英文)

对Al-5Cu铝合金在时效过程中施加弹性加载,并采取透射电镜、热分析研究外应力时效作用下θ″析出相的形态和析出行为。结果表明:在50 MPa的外力作用下,在453 K时效6 h后的析出相尺寸是19.83 nm,小于其常规时效(453 K,6 h)的尺寸28.79 nm。热分析结果揭示施加应力后时效析出过程得到促进,同时析出激活能结果表明外应力作用使得激活能下降10%。第一性原理计算结果发现,外应力作用使得析出相与基体的界面能下降6%;结合经典形核相变理论分析讨论,临界形核功受到外应力作用下降19%,从而引起了析出相形态和析出行为的改变。     

Al-Cu合金中PLC效应时域和空域行为的实验研究

在不同拉伸应变速率下,得到了Al-Cu合金中PLC(Portevin-Le Chatelier)效应在时域上的三类“锯齿形”应力一时间曲线,比较并研究了三种曲线的异同及其产生的定性解释．与之相对应,观察并分析了PLC效应空域上三种类型PLC变形带的空间传播特性．针对3mm厚的试件,探讨了在不同拉伸应变率下,类型A和B的PLC变形带的传播速率随变形过程的演化;得到了在相同应变下,变形带的传播速率和加载应变速率之间的幂律关系．同时,还将时域上的“锯齿形”应力一时间曲线与空域上的带的传播位置时间曲线相对应,得到了PLC效应发生时宏观上时域和空域之间的关系、另外,还讨论了试件厚度对PLC变形带的空间相关性的影响．     

方波脉冲电流对Al-Cu合金凝固组织的影响

针对单极方波脉冲电流幅值对Al-Cu合金凝固组织的影响进行了试验研究。结果表明,脉冲电流对亚共晶Al-5Cu和过共晶Al-50Cu合金的凝固组织和初生相有明显细化作用,这主要是由于方波脉冲电流频域较宽,高次波的能量衰减较慢,对凝固系统所做的有效功值较高。由于电流及感生磁场的不均匀性而产生的磁场梯度漂移和磁力线曲率漂移,使得过共晶Al-50Cu合金中Al3 及Cu 离子沿磁场方向迁移,在脉冲电场作用下,促使初生相CuAl2沿磁场方向优势生长。     

Ce对Al-Si-Cu合金中α(Al)-Al_2Cu共晶形貌的影响(英文)

采用热分析、光学显微镜技术、扫描电镜技术、聚焦离子束和能量色散谱分析方法研究Ce对Al-Si-Cu合金中α(Al)-Al2Cu共晶形貌的影响。结果表明,在枝晶、硅和AlSiFeMn之间较小空间内形成了α(Al)-Al2Cu共晶。Al2Cu为非层状的不规则共晶组织。Al2Cu在经Ce改性的合金中更加致密。部分Ce溶解于Al2Cu中,这是粗晶Al2Cu形成的原因。与基体Al-Si-Cu合金相比,Ce的加入能使α(Al)-Al2Cu共晶合金的显微硬度提高约10%。     

强磁场下亚共晶Al-Cu合金初生相形核与生长行为(英文)

应用差热分析法研究了强磁场下Al-20.8%Cu(质量分数)亚共晶合金初生相形核与生长特性。差热分析曲线表明,初生相的形核温度随磁场强度的增大而降低,其生长速率则随磁场强度增大而增大。初生相枝晶由无磁场时无序生长转变为磁场下规则生长。研究表明,10T量级的磁场对Al晶体形核驱动力的影响可以忽略,初生相形核温度的降低主要归结为磁场下固液界面自由能的增加。枝晶形貌转变则源于磁场对熔体流动的抑制及铝晶体的磁各向异性。     

结晶过程中合金粉末的加入对Al-Cu合金凝固组织的影响

在固液混合铸造工艺中,将Al-20Cu合金粉末分别加入到Al-20Cu和Al-40Cu合金熔体中制备了合金坯料。采用JSM-6700F扫描电子显微镜对合金坯料的显微组织进行观测。研究结果表明:Al-20Cu粉末加入对粉末周围的Al-20Cu合金基体初生相、共晶组织和二次析出相有明显的细化作用,越靠近未熔粉末,基体中的初生相越细小,共晶组织的片间距越小。固液混合铸造Al-40Cu合金坯料中未熔Al-20Cu合金粉末与基体界面结合良好,表明固液混合铸造工艺中加入的金属粉末的成分范围可以进行扩展。     

过共晶Al－23％Si合金中硅相生长的研究

从过共晶Ａｌ－２３％Ｓｉ合金的液态结构出发，研究硅晶体的成核和变质机理。借助于扫描电镜、电子探针和Ｘ衍射，从结晶学角度，分析硅相生长形貌及机理。     

时效对Al-Cu合金中锯齿形流动的影响

研究了不同热处理条件下,时效对Al-Cu合金中锯齿形流动的影响．实验发现,随着自然时效时间的延长,PLC（Portevin—Le Chatelier）效应出现的时间推迟．随着时效的进一步强化（自然时效24h,或在353K下保温20min的人工时效）,应力-时间曲线上锯齿幅值减小,出现的频率迅速降低,直至消失．同时,还研究了变形和时效相耦合对锯齿形应力流动的影响．针对所得的实验结果,肯定了基于可动位错和障碍之间的相互作用的动态应变时效微观机制假设,并探讨了出现锯齿形应力流动而无PLC变形带产生的现象．     

Sr对近共晶Al-Si合金中α枝晶生长行为的影响

针对Al-11.6%Si和Al-11.6%Si-0.4%Mg两种近共晶成分铸造合金。考察了Sr的加入对组织中α枝晶形态的影响，测量了完全变质合金中α枝晶相数量及α枝晶的特征参数；一次分枝间距和二次枝臂间距。结果表明，Sr的加入促进了α枝晶柱状化生长并导致α枝晶相数量大幅度提高；在完全变质合金中，随着合金中Sr量增加。一次分枝间距和二次枝臂间距都降低。Sr对α枝晶起一定的细化作用。Sr加入到Al-Si合金中引起合金液的性质发季了显著变化。Sr的存在降低了α枝晶固液界面能。导致枝晶尖端的生长过冷度降低。抑制液相中等轴晶的形核，因此Sr的加入促进了柱状枝晶的形成。固液界面能的降低也使得柱状枝晶的二次枝臂间距和一次分枝间距随着Sr量增多而降低。     

弹性应力对Al-Cu合金中析出相的作用及模型建立

Al-Cu合金中析出相有三种变体,在外力作用下平行或垂直于外加应力方向,而实际情况析出相与外力可能存在一定的角度,因此本文建立一个新的模型,将析出相与力的夹角考虑在内,通过此模型能便捷地判断出析出相是否存在应力位向效应。采用透射电子显微镜TEM、扫描透射电镜STEM对Al-4Cu合金在外力条件下时效后的析出相进行分析,结果验证了析出相GP区和θ″相存在应力位向效应,并采用所建的模型分析合金中析出相在外力作用下的应力位向效应,此模型可简捷方便地判断合金中析出相在外力作用下的析出行为。     

铸造Al-5Cu合金准固态断裂行为的研究

采用SEM观察手段并结合EDX分析 ,在合金的准固态区 ,通过观察Al 5Cu Mn合金准固态拉伸和热裂应力测试试样的断口形貌 ,研究了Ti、Ce等合金元素及其交互作用对Al 5Cu Mn合金准固态断裂行为的影响及其影响机理。通过对试验合金准固态力学性能的测试和大量SEM断口的观察分析研究 ,结果表明 ,Al 5Cu Mn中添加Ti元素可明显提高合金抗热裂能力 ,主要是由于其良好的细化晶粒效果 ;适量Ce元素的加入 ,不仅可细化晶粒 ,而且其在晶间富集形成的化合物还可有效改善低熔点共晶反应在准固态区的力学行为 ,对减小热裂倾向非常有利 ;Ti和Ce的综合作用对合金抗热裂水平的提高比单一元素更有效 ;热裂的产生首先表现为枝晶枝臂的屈服 ,其后的扩展则表现为脆性断裂占优的穿晶、沿晶混合型特征     

压铸高强韧Al-Cu系合金的组织性能及热处理探讨

为了弥补目前压铸铝合金强韧性不足，进行了高强韧Al-Cu系合金的压铸及热处理的试探性研究．在ZL201的基础上．添加合金化元素B、Zr、V等．改善合金的铸造性能，进行压铸成形试验。试验研究发现压铸大大细化了合金的微观组织．铸态性能较金属型高，再经低温时效后合金强度达到一般高强压铸铝合金的水平．但塑性较之提高20％以上。