Cu对ZL114A合金组织与力学性能的影响

以ZL114A合金为研究对象,探讨了Cu合金化对ZL114A微观组织和力学性能的影响。结果表明,在ZL114A合金中Cu加入量小于0.1%时,合金组织和性能无明显变化,此时Cu完全固溶在基体中。随着Cu加入量增加,合金抗拉强度呈先迅速升高再稍微下降趋势,伸长率则一直降低。在Cu加入量为0.5%时,ZL114A合金的抗拉强度达到最大值337.21 MPa,伸长率降低至3.4%。Cu含量高于0.1%(超过基体固溶极限)时,时效会析出W(Al2Mg5Si4Cu4)相,W相弥散分布在基体中,形成第二相强化,提高合金强度、降低塑性。析出第二相过程中铝基体会产生晶格畸变,提高合金的强度。     

低温预时效对ZL114A合金微观组织和力学性能的影响

研究了预时效温度和时间对ZL114A合金微观组织和力学性能的影响。结果表明：低温预时效温度和时间对ZL114A合金的组织有着一定影响,预时效工艺为110℃×2 h的合金组织中α-Al枝晶细化,共晶硅相呈细小的颗粒状均匀弥散地分布于枝晶和二次枝晶间。低温预时效温度和时间对ZL114A合金的各项力学性能有一定的影响,预时效工艺为110℃×1 h的ZL114A合金抗拉强度最大,达到331.7 MPa,伸长率最好,达到11%。110℃×2 h预时效工艺的ZL114A合金屈服强度最大,为266 MPa,较未预时效处理合金的屈服强度提高了65 MPa,提升幅度为32%,将低温预时效与正常热处理工艺相配合,可有效提高ZL114A合金的质量和生产效率。     

超声温度对ZL114A合金组织和力学性能的影响

采用金相分析、拉伸试验等方法测试了不同超声施振温度对ZL114A合金凝固组织和力学性能的影响,并通过扫描电镜(SEM)对试样断口形貌进行观察和分析。结果表明,超声施振温度显著影响ZL114A合金的凝固组织及力学性能。随着超声施振温度的升高,合金凝固组织从发达的树枝晶向等轴晶,最后又向树枝晶发生转变,超声施振温度过低、过高都会降低细化效果,最佳超声施振温度为700℃,且获得了最佳的综合力学性能,抗拉强度为289 MPa,伸长率为4.62%,合金的拉伸断口存在大量韧窝,断裂方式以韧性断裂为主。     

热处理对Y变质ZL114A合金组织和力学性能的影响

对Y变质的铸造铝合金ZL114A进行了热处理试验。通过金相分析和拉伸试验研究了固溶温度、固溶时间、时效温度和时效时间对合金组织和力学性能的影响。结果表明:在530℃固溶处理时含0.08%Y的ZL114A合金抗拉强度随固溶时间的延长而逐渐增大,在12 h时达到最大,此时共晶硅细小圆整;伸长率先减小后增大再减小,在固溶时间10 h时达到最大。在175℃时效处理时合金的抗拉强度随时效时间的延长先增大后趋于稳定,在时效时间7 h时达到最大值;伸长率先减小后增大再减小,在9 h时达到最大。     

低压铸造ZL114A合金微观组织的研究与数值模拟

通过浇注阶梯试样对低压铸造ZLll4A合金进行了试验研究，分析了不同冷却速率对合金凝固过程的影响。基于试验数据统计分析，建立了形核模型，并给出了模型相关热力学、动力学参数。结果表明，随着冷速的增加，液相线温度、形核温度和共晶转变温度均降低，初生相以及共晶相的形核、凝固时间缩短。采用了一种改进的Celluar Automaton方法，耦合有限差分法对合金的宏观凝固及微观组织演化过程进行了数值模拟。对航空启动机叶轮不同部位的微观组织进行了预测并将模拟值与试验值进行了对比验证，试验和模拟值吻合较好。     

钇变质剂加入量对ZL114A合金组织和力学性能的影响

使用不同含量的钇对ZL114A合金进行了变质处理,并对使用金属型模具铸造的合金进行了T6处理,研究了钇变质剂加入量对ZL114A合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,未变质时合金的硅相呈粗大的棒状,加入钇变质剂后,硅相的体积明显减小,圆整度提高,没有尖角存在,且T6热处理后绝大部分共晶硅由棒状变成颗粒状或球状,并且分布均匀。钇加入量为0.3%时铸态合金的力学性能最好,抗拉强度达到181 MPa,伸长率达到3.9%,与未变质合金相比,分别提高了15%、77%。经过综合考虑,钇的最佳加入量为0.3%。     

变质处理对ZL114A合金组织和性能的影响

利用光学显微镜研究了Al-10%Sr变质剂对ZL114A合金组织的影响。采用T6工艺对金属模铸造的ZL114A合金进行了热处理,并对其拉伸性能进行了测试与分析。结果表明,最佳变质处理工艺为Sr元素的加入量为0.03wt%～0.05wt%,保温时间为30min;Sr元素变质能够明显提高ZL114A-T6合金的抗拉强度和伸长率,当添加0.03%Sr时,抗拉强度和伸长率分别从230 MPa和1%上升到最大值305MPa和8%。     

Zr元素对Al-Zn-Mg合金微观组织和力学性能的影响

采用工程化半连续铸造制备Al-Zn-Mg铝合金铸锭并挤压,借助Gleeble热拉伸、常温拉伸实验以及金相电镜、扫描电镜、透射电镜研究了不同Zr含量对含微量Ti的Al-Zn-Mg合金微观组织与力学性能的影响。结果表明,Zr元素显著细化该铸锭晶粒,改善铸锭径向晶粒尺寸不均匀性,抑制挤压组织再结晶;Zr元素还能提高材料的高温强度,但随着温度升高,提高效果减弱。Zr含量为0.157%时,形成了粗大的初生相Al_3(Zr,Ti)相,该粗大第二相对合金性能产生了不利影响;Zr含量为0.196%时,Zr聚集现象更明显,形成了数量更多的粗大Al_3Zr相。     

Sr及RE变质对砂型铸造ZL114A合金组织及力学性能的影响

采用20和40 mm厚的ZL114A两种试样,对比研究了稀土变质和锶变质对砂型铸造ZL114A合金试样力学性能和组织的影响。结果表明:不变质、稀土变质和锶变质等三种方案的试样抗拉强度差异较小(在5%以内),而伸长率差异较大。锶变质后的试样(T6状态)伸长率最高,比其它两种方案高出28%以上。通过对比三种方案伸长率最小的试样组织发现,锶变质试样的共晶硅组织细化最明显,且试样聚集性的孔洞类缺陷又较少,这对试样的伸长率提升有很大作用。稀土变质后的试样组织中会形成一些树枝状或片层状化合物Al REMg Si相,且聚集性的孔洞类缺陷较多,这类组织反而降低了试样的伸长率。     

显微缩松缺陷对ZL114A热处理合金力学性能的影响

通过光学和电子显微镜(SEM/EDS)观察,研究了缩松缺陷对石膏型精铸ZL114A合金铸态和热处理态力学性能的影响。结果表明,试样的拉伸裂纹源于缩松边缘,并沿晶界向邻近缩松扩展;T5处理有助于改善ZL114A合金拉伸时缩松缺陷的敏感性,T5处理后,缩松边缘变得光滑,缩松边缘富Fe相圆整,共晶Si进一步球化,Mg2Si弥散析出,均增加了拉伸时裂纹形核和扩展阻力,从而使ZL114A合金的力学性能大幅提高。     

变质温度对ZL114A合金组织和性能的影响

采用K2ZrF6作为变质剂对ZL114A合金进行变质处理,研究了变质温度对ZL114A合金的显微组织和拉伸性能的影响。结果表明,随着变质温度提高,变质效果先升高后降低,当变质温度为725℃时,变质效果最佳。此时,α-Al相大致呈等轴状,且晶粒尺寸较小,共晶Si多为细纤维状或短棒状,合金的屈服强度、抗拉强度和伸长率在铸态下分别为151MPa、176 MPa和4.3%,经T6热处理后分别提高到251 MPa、300 MPa和5.0%。     

Te、Sb对ZL114A合金T6态微观组织与力学性能的影响

通过在ZL114A合金熔炼过程添加Te、Sb元素完成了硅相变质处理,利用电感耦合法(ICP)测定了材料的化学成分,分别采用差热分析(DSC)、万能试验机、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)与透射电镜(TEM)全面分析了合金在不同T6热处理态下的力学性能、晶界Si相形貌与组织演化规律。结果表明,随着固溶/时效温度的增加,晶界处Te、Sb元素溶入初生α-Al基体内部的数量与密度连续增加,晶界处Al₄(Te,Sb)低熔点共晶相的数量不断减少,520℃～530℃范围内吸热峰峰值连续上升,晶界处Si相组织形貌由针片状、多边形状与长棒状演变为短棒状、椭圆状与球状,球形平均粒径仅为9μm;Si、Mg元素溶入初生α-Al基体的数量与密度、淬火瞬间Si相的固溶过饱和度随之增加。聚乙二醇淬火介质下经545℃固溶20h与170℃时效10h,合金材料平均抗拉强度、屈服强度、延伸率、断面收缩率与维氏硬度高达360MPa、307MPa、10.4%、13.8%与122,断口表面以韧窝断裂为主,伴生少量沿晶断裂带,Mg₂Si强化相平均长度约为224nm。     

Fe含量对反重力铸造ZL210A合金组织与力学性能的影响

采用反重力浇注方式,研究了不同Fe含量对ZL210A合金力学性能和显微组织的影响。结果表明,在避免其他因素影响的前提下,伸长率随Fe元素含量的提高而显著降低,抗拉强度次之,硬度基本不随Fe元素含量的变化而变化。随着Fe元素含量的增加,ZL210A中针状含Fe未溶相逐渐增加,导致伸长率和抗拉强度降低。     

微量元素Cr对ZL101合金微观组织和力学性能的影响

本文采用真空电磁感应熔炼炉制备了ZL101-xCr(x=0、0.1、0.2、0.3、0.5、0.8wt.%)铝合金。利用OM、XRD、SEM、EDS及TEM等测试方法,表征了不同Cr含量实验合金微观组织,并测试其力学性能。结果表明：实验合金主要物相包括初晶α-Al、(α-Al+Si)共晶、Al₁₃Cr₄Si₄、α-Al₁₂(Cr, Fe)₃Si₂、富Fe相(β-Al₅FeSi和π-AlSiMgFe)。添加微量元素Cr后的实验合金组织均得到细化,随着Cr含量的增加,α-Al树枝晶趋于等轴晶转变,共晶组织区域变窄,富Fe相和共晶Si尺寸变小,在合金共晶组织中形成了Al₁₃Cr₄Si₄、α-Al₁₂(Cr, Fe)₃Si₂相。添加Cr元素能够提高合金的过冷度,这对细化合金组织具有积极作用。当Cr含量为0.3%时,铸造合金组织细化变质效果及其力学性能最好,抗拉强度、伸长率分别为182.88Mpa、3.38%。     

稀土Y对ZL205A合金组织与力学性能的影响

研究了稀土Y对ZL205A合金组织与力学性能(室温及高温)的影响。结果表明:稀土Y对合金有细化和强化作用,但过量的Y使合金的力学性能降低。当Y含量为0.1%时,合金的室温、高温综合力学性能最好。     

低压铸造ZL114A铝合金微观组织模拟

在大量实验数据统计分析的基础上,建立了低压铸造ZL114A铝合金形核模型,得到了相关热力学,动力学参数.采用了一种改进的Celluar Automaton方法耦合有限差分法对合金的宏观凝固及微观组织演化过程进行了数值模拟.考虑了固/液界面的溶质再分布、微观固相分数、曲率以及各向异性因素.利用阶梯铸件研究了不同冷却速度下晶粒度、二次枝晶臂间距以及共晶组织含量的变化规律,并将模拟值与实验值进行了对比验证.     

Gd含量对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金微观组织与力学性能的影响

采用铸锭冶金工艺制备6种Gd含量不同的A1-Zn-Mg-Cu-Zr-xGd合金。采用金相观察、力学性能测试、扫描电镜、电子探针及透射电镜等分析手段,研究质量分数x,分别为0%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%和0.30%的Gd对基体合金铸态及时效态显微组织和力学性能的影响。结果表明:Gd含量对A1-Zn-Mg-Cu-Zr合金的微观组织和力学性能的影响显著,当Gd含量低于0.25%时,随Gd含量的增加细化效果、强度以及伸长率都增加;当Gd含量为0.25%时,铸态组织中基体晶粒最小,达到32μm左右;此时T6态合金组织的强度和伸长率达到最高,抗拉强为624.54 MPa,屈服强度为595.00 MPa,伸长率为13.3%,且固溶组织具有良好的抗再结晶作用;而当Gd含量超过0.25%时,合金的微观的组织与力学性能变差。     

浇注工艺对金属型铸造ZL114合金力学性能的影响

ZL114合金具有很高的力学性能和很好的铸造性能,广泛的应用于航空航天以及民用工业领域.采用正交实验法,研究浇注温度、模具温度、变质处理温度和变质剂加入量等四个工艺参数对金属型铸造ZL114合金力学性能的影响.结果表明,影响其力学性能的主要工艺参数是浇注温度和变质处理温度,综合力学性能最佳的工艺参数是浇注温度为700℃,变质处理温度为720℃,变质剂加入量为1%和模具温度为250℃.