稀土、热挤压对Al-Si-Cu-Mg合金组织和力学性能的影响

论文摘要

近共晶的Al-Si-Cu-Mg合金具有铸造性能优良,比强度高,可热处理强化等特点,在工业生产中应用广泛。本文研究了稀土元素和热挤压变形对合金的组织和力学性能的影响。微量稀土Ce和RE对铸造Al-Si-Cu-Mg合金的影响是多方而的,除具有细化初生α-Al相颗粒外,还能变质共晶硅相,改变硅相形貌,提高了合金的力学性能。随着稀土Ce、RE在合余中含量的增加,Ce、RE的存在形式发生了变化。适量稀土元素能够与合金中的多种元素形成金属间化合物,以化合物的形式存在,当含量过量时会以富Ce、RE的粗大块状多元相和纯Ce、RE质点在组织中出现。分别添加微量Ce和RE的Al-Si-Cu-Mg合金,在175℃时效过程中,都有明显的时效双峰现象。微量Ce和RE能够提高合金的峰时效硬度值,减小Al-Si-Cu-Mg合金的时效硬化速度,推迟合金的时效硬化峰的到来,延缓合金的过时效软化。通过分析第二相颗粒在热挤压变形过程中的各个区域的受力情况,模拟了热挤压成型过程中的应力应变。模拟结果表明,应变主要发生在变形区和慢流动区,定径区上部在成形过程中有比较小的应变,未变形区不发生应变。实验结果表明,应变和挤压比与破碎应力成正比,挤压比越大,应变越大,破碎应力就越大。未变形区的第二相基本不发生破碎;变形区的第二相基本都能发生一次性破碎,变成棒状和粒状;慢流动区的第二相破碎效果最好,长针状或板条状相可以发生多次破碎,立方形态相的棱角也在此区发生钝化;定径区是最终成形区,第二相颗粒发生破碎较少。热挤压变形使Al-Si-Cu-Mg合金的力学性能得到大幅度提高,极限抗拉强度达到了308.6MPa,比金属型铸造条件下提高了30%;伸长率达到了30.6%,比金属型铸造提高了950%;T6热处理后抗拉强度可以达到420MPa以上,伸长率也达到了18.8%。随着挤压比的增加,抗拉强度和伸长率提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 铝硅合金的发展概况
• 1.2 铝硅合金的热处理
• 1.2.1 铝硅合金的固溶处理
• 1.2.2 铝硅合金的时效处理
• 1.3 稀土在铝硅合金中的应用
• 1.4 铝硅合金挤压技术研究现状
• 1.5 本课题研究的意义及内容
• 第二章 实验材料及方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 中间合金的配制
• 2.2.1 铝-硅中间合金的配制
• 2.2.2 铝-稀土中间合金的配制
• 2.3 合金的熔炼
• 2.4 合金的热挤压
• 2.5 合金的热处理
• 2.6 合金的力学性能实验
• 2.7 显微组织观察
• 第三章 稀土对合金组织和力学性能的影响
• 3.1 稀土Ce对Al-Si-Cu-Mg合金组织和性能的影响
• 3.1.1 Ce对Al-Si-Cu-Mg合金力学性能的影响
• 3.1.2 Ce对Al-Si-Cu-Mg合金组织形貌的影响
• 3.1.3 Ce对Al-Si-Cu-Mg合金组织中相形貌的影响
• 3.1.4 Ce对Al-Si-Cu-Mg合金拉伸断口形貌的影响
• 3.2 稀土RE对Al-Si-Cu-Mg合金组织和性能的影响
• 3.2.1 RE对Al-Si-Cu-Mg合金力学性能的影响
• 3.2.2 RE对Al-Si-Cu-Mg合金组织形貌的影响
• 3.2.3 RE对Al-Si-Cu-Mg合金组织中相形貌的影响
• 3.3 稀土对铸造Al-Si-Cu-Mg合金T6热处理组织形貌和力学性能的影响
• 3.3.1 稀土对Al-Si-Cu-Mg合金T6热处理后力学性能的影响
• 3.3.2 稀土对Al-Si-Cu-Mg合金T6热处理后组织形貌的影响
• 3.3.3 稀土对Al-Si-Cu-Mg合金时效过程的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 Al-Si-Cu-Mg合金的热挤压
• 4.1 挤压工艺参数的确定
• 4.1.1 挤压温度的确定
• 4.1.2 模具预热温度的确定
• 4.1.3 润滑剂的选择
• 4.2 热挤压对Al-Si-Cu-Mg合金力学性能的影响
• 4.3 热挤压对Al-Si-Cu-Mg合金组织形貌的影响
• 4.4 热挤压过程中第二相颗粒破碎机理
• 4.4.1 挤压过程中应力应变规律
• 4.4.2 挤压过程计算机模拟
• 4.4.3 合金不同挤压部位的微观组织
• 4.5 挤压比对合金组织和力学性能的影响
• 4.5.1 不同挤压比合会的组织
• 4.5.2 不同挤压比合金的力学性能
• 4.6 本章小结
• 第五章 热挤压Al-Si-Cu-Mg合金的热处理工艺研究
• 5.1 固溶时间对热挤压合金组织和力学性能的影响
• 5.1.1 固溶时间对热挤压合金力学性能的影响
• 5.1.2 固溶时间对热挤压合金组织形貌的影响
• 5.2 T6热处理对热挤压合金组织和力学性能的影响
• 5.2.1 T6热处理对热挤压合金力学性能的影响
• 5.2.2 T6热处理对热挤压合金组织形貌的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢