铝硅镁合金时效双峰现象与铝铜合金时效电化学表征

论文摘要

铸造Al-Si-Mg系合金和铸造Al-Cu合金都是可热处理强化合金,时效过程中合金力学性能变化显著,铝合金的时效硬化效果取决于时效过程中硬化相的析出行为,而且铝合金的电化学腐蚀性能与时效有紧密联系。本文采用电化学测量系统、金相显微镜、扫描电镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）等多种测量手段对合金的时效行为和电化学行为进行了研究。本文分两部分内容,第一部分研究铸造Al-Si-Mg合金时效强化及时效双峰现象,第二部分研究ZL201合金时效电化学表征。（1）铸造Al-Si-Mg合金中添加元素Cu后,时效硬度曲线出现双峰现象。合金时效过程中主要有两个脱溶序列:（ⅰ）αsss→GP区→β′→β（ⅱ）αsss→GP区→θ″→θ′→θ两个脱溶序列先后独立进行,曲线第一个峰由β′强化作用引起,第二个峰由θ′（θ″）强化作用引起,第一个峰值略小于第二个峰值。（2）铸造Al-Si-Mg合金中添加元素Zr后,时效硬度曲线出现双峰现象。Zr有很好的晶粒细化作用且亚稳相Al3Zr有良好的弥散强化作用,Zr同时也改变了合金的时效行为,使得合金时效提前。曲线第一个峰由β′强化作用产生,第二个峰由Zr的细晶强化作用和弥散强化作用产生,第一个峰值略大于第二个峰值。（3）铸造Al-Si-Mg合金时效初期,时效硬度曲线出现先下降再迅速上升的趋势。淬火后过饱和固溶体聚集了很大的内应力,时效开始后合金的淬火应力得到松弛缓解,且固溶在过饱和固溶体中的溶质开始析出。时效初期,固溶强化和淬火应力松弛对硬度衰减作用大于GP区强化对硬度上升的贡献值,故硬度值总体下降,硬度下降幅度跟合金的淬火处理、固溶强化作用、应力大小和枝晶臂间距DAS等因素有关。由于固溶强化作用和淬火应力对合金硬度值影响有限,GP区和β′相强化很快占优势,故硬度曲线下降后便会马上迅速上升。这种现象同样也存在于Al-Cu系合金,是可热处理强化铝合金中普遍存在的一个现象。（4）建立ZL201合金的力学性能、电化学腐蚀参数、时效析出行为三者之间的对应关系。通过合金的电化学腐蚀参数来表征合金的时效析出行为。当合金的自腐蚀电位最正,腐蚀电流密度最小时,合金处于固溶状态,此时,合金的硬度值最小,合金组织主要由过饱和固溶体组成;当合金的自腐蚀电位最负,腐蚀电流密度最大时,合金处于峰值时效状态,此时,合金的硬度值最大,合金组织主要由亚稳相θ′相组成。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 添加元素强化铸造Al-Si-Mg合金的现状与前景
• 1.2.1 铸造Al-Si-Mg合金的强化原理与方法
• 1.2.2 铸造Al-Si-Mg合金的时效过程
• 1.2.3 添加元素对铸造Al-Si-Mg合金时效强化影响
• 1.2.4 铸造Al-Si-Mg合金时效强化的现状与发展前景
• 1.3 铸造铝铜合金应用的现状与前景
• 1.3.1 铸造铝铜合金及ZL201合金主要性能
• 1.3.2 铸造铝铜合金的应用与前景
• 1.4 铸造铝铜合金及ZL201合金的热处理
• 1.4.1 固溶淬火处理
• 1.4.2 时效处理
• 1.5 铸造铝铜合金及ZL201合金的腐蚀
• 1.5.1 铝合金的腐蚀类型
• 1.5.2 影响腐蚀的因素
• 1.5.3 铸造铝铜合金及ZL201腐蚀性能
• 1.6 本文研究内容及意义
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 研究意义
• 1.6.3 创新点
• 第二章 实验方法和实验原理
• 2.1 实验材料及制备过程
• 2.2 熔炼浇注工艺
• 2.3 热处理
• 2.4 性能测试
• 2.4.1 硬度测试
• 2.4.2 电化学测试
• 2.4.3 浸泡腐蚀前后形貌对比实验
• 2.4.4 失重实验
• 2.5 显微分析
• 2.6 显微分析
• 2.7 试验用到的其它设备
• 第三章 铸造Al-Si-Mg合金时效硬度双峰的研究
• 3.1 铸造Al-Si-Mg合金的时效过程
• 3.1.1 Al-Si-Mg合金的时效析出
• 3.1.2 Al-Si-Mg合金的时效强化
• 3.2 时效硬度曲线的分析
• 3.3 添加Cu、Zr元素的Al-Si-Mg合金的时效双峰分析
• 3.3.1 添加Cu后合金的时效硬度双峰研究
• 3.3.2 添加Zr后合金的时效硬度双峰研究
• 3.3.3 时效硬度双峰叠加强化的探讨
• 3.4 小结
• 第四章 ZL201合金的力学性能与显微组织
• 4.1 合金元素对ZL201合金性能影响
• 4.1.1 Mn的作用
• 4.1.2 Ti的作用
• 4.2 ZL201合金的热处理与力学性能及显微组织的关系
• 4.2.1 热处理对ZL201显微组织的影响
• 4.2.2 热处理对ZL201的硬度曲线的影响
• 4.3 小结
• 第五章 时效处理对ZL201合金耐腐蚀性能的影响
• 5.1 时效处理对ZL201电化学腐蚀性能的影响
• 5.1.1 时效处理对ZL201合金的自腐蚀电位的影响
• 5.1.2 时效处理对ZL201合金的腐蚀电流密度的影响
• 5.1.3 时效处理对ZL201合金的极化曲线影响
• 5.2 时效处理对ZL201浸泡腐蚀的影响
• 5.2.1 浸泡腐前后形貌对比
• 5.2.2 浸泡腐蚀剖面腐蚀深度对比
• 5.2.3 浸泡腐失重实验
• 5.3 合金电化学腐蚀参数与时效析出行为的关系
• 5.4 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文