脉冲电磁能对7A04铝合金凝固组织细化机理的影响

在7A04铝合金凝固过程中施加脉冲电磁场,研究了脉冲电磁能对其凝固组织细化的影响,同时结合形核动力学进行了细化机理的研究。结果表明:在脉冲电磁能作用下,7A04铝合金可形成细小圆润的等轴晶,且细化程度与电磁能密度成正比。在频率为20 Hz时,磁能密度最大为2312 J/m~3,磁能渗入效果最佳,合金的平均晶粒尺寸减小30%。动力学分析认为,脉冲电磁能降低了体系形核所需的临界吉布斯自由能,形核率提升是合金晶粒细化的重要原因。     

矩形脉冲磁场对7A04铝合金凝固组织细化的研究

得到了7A04 铝合金在矩形脉冲磁场下凝固冷却曲线及晶粒尺寸变化规律,结合有限元数值模拟方法分析熔体内部脉冲磁场分布情况,研究了脉冲磁场特性对晶粒细化效果的影响。结果表明：在矩形脉冲磁场作用下,7A04 铝合金凝固组织得到不同程度的均匀细化。在最佳脉冲参数：频率 20Hz,峰值电流 100A,电流占空比 20%处理后,铸锭中心处、1/2R 处、边处晶粒平均尺寸分别为 122.9μm、120.38μm、114.7μm,较未处理铸锭平均晶粒尺寸分别下降了 24.3%、15.3%、22.6%。此时矩形脉冲磁场在熔体内产生 7.01×104N/m3 的电磁力,单周期释放磁能 3862.62J/m3,形成了良好的凝固组织细化条件。     

矩形波磁场对7A04铝合金凝固组织的细化研究

为了获得7A04铝合金在矩形波磁场下晶粒尺寸及凝固冷却曲线的变化规律,结合有限元数值模拟方法分析熔体内部磁感应强度、电磁力及磁能分布情况,研究了矩形波磁场特性对晶粒细化效果的影响。结果表明,在矩形波磁场作用下,7A04铝合金凝固组织得到不同程度的均匀细化。最佳矩形波磁场参数:频率为20Hz,峰值电流为100A,电流占空比为20%处理后,铸锭中心处、1/2半径处、边缘处晶粒平均尺寸分别为122.9、120.4、114.7μm,较未处理铸锭平均晶粒尺寸分别降低了24.3%、15.3%、22.6%。此时熔体内单周期产生电磁力密度最大值为7.01×104 N/m3,磁能密度为3 862.62J/m3,形成了良好的凝固条件。     

表面脉冲磁场作用时间对7A04铝合金凝固过程的影响

采用自行设计的表面脉冲磁场装置对7A04铝合金的凝固过程进行了处理。分析了磁场作用时间对铸锭内部质量、凝固组织、凝固温度及硬度的影响。结果表明:随着表面脉冲磁场作用时间的延长,铸锭内部中心截面气孔数量和大小明显减小,铸锭中心的凝固组织细化效果也越明显。在磁场作用时间分别为5、10、20 s时,铸锭中心凝固组织晶粒平均尺寸较未处理试样分别细化了4.6%、8.3%、17.4%,相比之下,磁场作用时间20 s时,晶粒均匀细化效果最好,并且中心凝固温度的过冷度增加了1.3℃,硬度值为109HV,与未处理试样相比提高了21.7%。     

Al-5Ti-1B细化剂对7A04铝合金凝固组织的影响

研究了Al-5Ti-1B细化剂的不同添加量对7A04铝合金半固态浆料组织及二次凝固组织的影响。结果表明:添加0.1%的Al-5Ti-1B细化剂可以明显细化和圆整化7A04铝合金半固态浆料的初生α-Al颗粒,在630℃下,其平均颗粒直径和圆整度分别为71μm和0.49;随着Al-5Ti-1B细化剂含量高于0.1%,细化效果增加不明显;随温度升高,颗粒尺寸减小但圆整度也变差;添加Al-5Ti-1B细化剂可以使7A04铝合金半固态凝固组织中的α_2颗粒细化并圆整,但对α_3颗粒的直径与圆整度无明显影响。     

Al-5Ti-1B细化剂对7A04铝合金半固态凝固组织的影响

本文研究了Al-5Ti-1B细化剂的不同添加量对7A04铝合金半固态浆料组织及二次凝固组织的影响。结果表明：添加0.1%的Al-5Ti-1B细化剂可以明显细化和圆整化7A04铝合金半固态浆料的初生α-Al颗粒,在630℃下,其平均颗粒直径和圆整度分别为71μm和0.49;随着Al-5Ti-1B细化剂含量高于0.1%,细化效果增加不明显;随温度升高,颗粒尺寸减小但圆整度也变差;添加Al-5Ti-1B细化剂可以使7A04铝合金半固态凝固组织中的α₂颗粒细化并圆整,但对α₃颗粒的直径与圆整度无明显影响。     

低压脉冲磁场对2024铝合金凝固组织的细化

在2024铝合金的凝固过程中施加低压脉冲磁场处理,研究了低压脉冲磁场作用下2024铝合金凝固组织的变化,考察了浇注温度和放电电压对2024铝合金凝固组织中α-Al相形貌和尺寸的影响.结果表明,在低压脉冲磁场的作用下,2024铝合金凝固组织中的初生a-Al相和共晶组织均显著细化.浇注温度越接近液相线温度,初生α-Al的平均晶粒尺寸越小.随着放电电压的升高,初生α-Al的平均晶粒尺寸逐渐减小,当放电电压为250 V时,平均晶粒尺寸达到最小值.     

矩形波磁场对7A04铝合金凝固组织及性能的影响

在7A04铝合金的凝固过程中施加矩形波磁场,分析了不同频率对7A04铝合金凝固组织、晶粒大小及凝固冷却曲线的影响。结果表明,在矩形波磁场作用下,7A04铝合金的凝固组织、晶粒大小和冷却曲线均发生了明显变化。在频率为40Hz时,铸锭组织的晶粒细化效果最佳。与未经磁场处理的相比,不仅增加了过冷度,提高了硬度,其晶粒尺寸也减小了37.1%。     

深冷处理对7A04铝合金组织及耐蚀性影响

对挤压态7A04铝合金进行不同时间深冷处理,利用金相显微镜、X-ray衍射仪以及腐蚀介质为3.5%Na Cl水溶液分析研究了不同深冷时间条件下的显微组织、物相种类以及耐腐蚀性。研究结果表明:不同深冷时间条件下,挤压态7A04铝合金组织中不同程度析出第二相组织,同时耐腐蚀性有较大差异,其中,深冷时间为4 h时,在晶界处弥散分布着大量的第二相,耐腐蚀性最高,当深冷时间达到6 h时,分布在晶界处的第二相明显减少,并且耐蚀性变差。     

时效温度对7A04铝合金组织及性能影响

采用不同时效温度对轧制态7A04铝合金进行处理,利用金相显微镜、拉伸及冲击试验分别研究了时效温度对各试样的显微组织、第二相、断口形貌以及强度的影响。结果表明:不同时效温度条件下,轧制态7A04铝合金的组织及性能具有较大差异性;140℃时效12 h时,晶粒大小均匀,同时大量的第二相在晶内及晶界处连续分布,力学性能较高,其断口表现典型的韧性断裂。     

锻造次数对7A04铝合金组织和力学性能影响

采用拉伸试验、冲击试验、硬度检测、金相分析等方法测试和分析了7A04铝合金在不同的锻造次数下的强度、硬度、冲击功和金相组织.结果表明:随着锻造次数的增加,由于晶粒不断细化,强度和硬度逐渐升高,当锻造次数为四次时,晶粒发生了完全动态再结晶,强度和硬度达到最大,继续增加锻造次数强度降低;因为组织中微裂纹的存在,随着晶粒的细化塑性反而减小;冲击功随着锻造次数的增加而减小,三次时达到最小,之后又增大.确定一次和四次为7A04铝合金合适的锻造次数,为该类铝合金零件的锻造工艺的制定提供理论基础.     

脉冲磁场对7A04铝合金固溶工艺显微组织和力学性能的影响

通过光学显微镜、扫描电镜、维氏硬度计、万能试验机,研究了脉冲磁场工艺参数对7A04铝合金固溶工艺下显微组织和力学性能的影响。结果表明,脉冲磁场可促进S相的分解并加速其合金元素的扩散,从而得到饱和度更好的固溶体组织。经过脉冲磁场固溶处理60 min后,固溶态7A04铝合金的抗拉强度提升约96 MPa,显微硬度提升约20 HV5,伸长率下降了约0.9%。分析认为,脉冲磁场在7A04铝合金固溶处理过程中,通过降低溶质原子的扩散激活能而提高扩散系数,加速了固溶过程,从而缩短了固溶时间。     

7A04表面纳米化组织的热稳定性

用旋转辊压塑性变形方法在7A04铝合金表层获得纳米晶组织，用DSC和透射电镜研究了表面纳米晶组织的热稳定性。DSC测试结果表明7A04铝合金表面纳米晶的再结晶温度在473K左右，透射电镜分析表明表面纳米化样品473K退火后晶粒没有明显长大，平均晶粒尺寸约100nm。旋转辊压变形160min，表面层显微硬度由160HV升高到335HV，473K退火后显微硬度下降至250HV，但仍高于基体，573K退火后从表层到基体的显微硬度均明显下降。结果表明7A04表面纳米化组织的使用温度在473K以下。     

7A04表面纳米化组织的热稳定性

用旋转辊压塑性变形方法在7A04铝合金表层获得纳米晶组织,用DSC和透射电镜研究了表面纳米晶组织的热稳定性.DSC测试结果表明7A04铝合金表面纳米晶的再结晶温度在473K左右,透射电镜分析表明表面纳米化样品473K退火后晶粒没有明显长大,平均晶粒尺寸约100nm.旋转辊压变形160min,表面层显微硬度由160HV升高到335HV,473K退火后显微硬度下降至250HV,但仍高于基体,573K退火后从表层到基体的显微硬度均明显下降.结果表明7A04表面纳米化组织的使用温度在473K以下.     

短时电磁搅拌和细化剂对7A04铝合金大体积半固态浆料组织的影响

研究了短时电磁搅拌、细化剂及二者复合作用对7A04铝合金大体积半固态浆料组织及其径向均匀性的影响。结果表明:短时电磁搅拌和添加晶粒细化元素Zr,Sc均可使7A04铝合金半固态浆料组织的初生α-Al晶粒细化和圆整,并提高组织均匀性;短时电磁搅拌和细化剂复合作用的7A04铝合金半固态浆料具有最佳的组织,在631℃下,其晶粒直径和圆整度分别为36μm和0.68,在直径180 mm的制浆室中浆料组织尺寸的变异系数C_V仅为0.8%;随着温度降低,7A04铝合金半固态浆料组织的尺寸变大,均匀性变差,但圆整度的变化不大。     

7A04铝合金快速热处理工艺研究

固溶和时效时间是制约高强铝合金力学性能和热处理生产效率的主要因素.本文以7A04铝合金为例通过高温预热装炉、分级固溶和提高时效温度等方法研究了高强度铝合金的快速热处理工艺.并结合金相组织观察、断口分析、X射线分析和力学性能测试,分析了快速热处理对高强铝合金组织和性能的影响.结果表明:①固溶时间相同时,分级固溶的强度高于单级固溶的强度,分级固溶的塑性略低于单级固溶的塑性.②分级固溶时,随着二级固溶时间的增加,材料的强度增加,塑性略有降低.③采用500℃高温预热装炉、470℃5min 485℃9min固溶和140℃6h 150℃1h的快速热处理工艺可以明显缩短热处理时间,提高生产效率50%以上.     

7A04铝合金热变形过程微观组织演变

以热模拟压缩实验和金相实验为基础,探讨7A04铝合金热压缩变形过程中应变速率和变形温度对流变应力和微观组织的影响规律。通过对实验数据进行回归分析,构建了该合金热压缩变形过程的微观组织演化模型。将建立的材料模型导入有限元软件DEFORM-3D中,对热压缩过程进行数值模拟。结果表明,所建立的微观组织演化模型可以很好的预测7A04合金在热变形过程中晶粒尺寸的演化规律。     

形变热处理对7A04铝合金组织和性能的影响

采用力学性能测试、金相显微分析和TEM等方法，研究了形变热处理工艺对7A04铝合金的组织和性能的影响。结果表明：形变热处理是使7A04铝合金的塑性和强度同时提高的有效途径。     

冷却工艺对7A04铝合金组织与性能的影响

研究了不同冷却介质对高温固溶7A04铝合金组织及性能的影响规律。结果表明:冷却介质对固溶态7A04铝合金的微观组织、强度及断口形貌有较大的影响。高温固溶后采用空冷处理,基体中的第二相数量较少,屈服强度及拉伸强度较低,韧性较差,断口中出现大量平整断裂面;而高温固溶后采用油冷处理,基体中出现一定数量的第二相组织,拉伸强度及屈服强度有所提高,韧性有所改善;高温固溶后采用水冷处理,基体中的第二相组织数量增多,力学性能进一步提高,断口中出现少量较小较深的断裂韧窝。高温固溶后采用液氮深冷处理,基体中出现大量的第二相组织,且弥散分布在晶内及晶界,屈服强度及拉伸强度最高,分别为570 MPa和700 MPa,断口中出现大量的较深、较小韧窝。因此,7A04铝合金的最佳冷却工艺为高温固溶后采用深冷处理。