元素Mg、Cu、Mn对Al-20Si合金组织及性能的影响

论文摘要

铝合金具有比重小、导热性好、易于成形、价格低廉等优点,已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门,是轻合金中应用最广、用量最多的合金。本文主要研究不同元素对过共晶铝硅合金组织及性能的影响。首先要确定过共晶铝硅合金中硅元素的添加量。本文选用三种硅元素含量10%、20%、30%。通过对比不同硅含量的合金铸态及热处理态下组织和性能异同来确定合金中最佳硅含量,并以此作为过共晶铝硅合金的基体合金。通过研究发现铸态下随着硅含量的增加合金的抗拉强度和延伸率逐渐降低,硬度升高。经过T6热处理后合金的抗拉强度和延伸率进一步提高,硬度下降。向Al-20%Si合金中添加Mg元素后,合金的组织形貌得到改善,共晶硅和初晶硅的数量减少,同时合金的力学性能也得了提高。合金的抗拉强度和延伸率随Mg含量的增加而升高,Al-20%Si-1.5Mg合金的抗拉强度达到162MPa,延伸率达到7.47%。合金经过T6热处理后合金中的共晶硅被破碎成短棒状并且球化,合金的力学性能提高,Al-20%Si-1.5Mg合金的抗拉强度达到334.33MPa。向Al-20%Si-1.5Mg合金中添加Cu元素后,合金的组织形貌较Al-20%Si-1.5Mg合金发生变化,随着Cu含量的增加合金组织中出现明显的树枝晶结构,合金的力学性能先下降后又升高,当Cu含量为0.1%时合金的抗拉强度和延伸率均为最大值,分别为181.33MPa和8.44%。合金经过T6热处理之后,组织形貌发生改变,晶粒变细小。合金的抗拉强度随着Cu含量的增加而升高,延伸率先升高后又下降,最大值在Cu含量为0.3%时出现,为7.99%。Mn元素作为Al-Si-Mg合金的重要添加元素,可以抑制合金再结晶过程中晶粒的长大,消除合金杂质元素Fe元素对合金综合性能的影响。向Al-20%Si-1.5Mg合金中添加Mn元素后,合金的组织形貌变化明显,初晶硅数量减少细针状第二相增多,合金的力学性能随着Mn含量的增加先升高后降低。当合金中Mn元素添加量为0.5%时合金的抗拉强度和延伸率达到最大值,分别为198.33 MPa和8.09%。合金经过T6热处理后组织明显得到细化,合金的力学性能和延伸率进一步提高。当合金中Mn元素含量为0.5%时合金的抗拉强度最高,达到313.33 MPa,延伸率为10.12%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 铝及铝合金
• 1.2 过共晶铝硅合金的化学成分、组织及性能
• 1.2.1 过共晶铝硅合金的化学成分
• 1.2.2 过共晶铝硅合金的组织及性能
• 1.3 过共晶铝硅合金的应用
• 1.3.1 过共晶铝合金在汽车工业中的应用
• 1.3.2 过共晶铝合金作为新型电子封装材料
• 1.4 国内外的研究进展
• 1.4.1 强化方面的研究
• 1.4.2 快速凝固/粉末冶金高硅铝合金
• 1.5 课题研究目标和研究内容
• 1.5.1 研究目标
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 实验方案及分析方法
• 2.1 实验方案
• 2.1.1 实验步骤
• 2.1.2 实验仪器及药品
• 2.1.3 热处理工艺
• 2.2 熔炼设备及工艺
• 2.2.1 熔铸设备
• 2.2.2 熔制工艺
• 2.2.3 熔炼前的准备工作
• 2.2.4 合金的熔炼、浇铸过程
• 2.3 合金的组织观察和性能测试
• 2.3.1 合金的相分析、微区成分分析和断面分析
• 2.3.2 合金的微观组织观察
• 2.3.3 铸态力学性能测试
• 2.4 合金的热处理
• 第三章 各合金元素对铝硅合金组织及力学性能的影响
• 3.1 前期工作——过共晶铝硅合金中硅含量的确定
• 3.1.1 不同硅含量对合金的力学性能的影响
• 3.1.2 不同硅含量对合金断口形貌的影响
• 3.1.3 不同硅含量对合金的微观组织的影响
• 3.1.4 热处理对合金性能及组织的影响
• 3.2 Mg元素对Al-20Si性能及组织的影响
• 3.2.1 Mg元素对Al-20Si力学性能织的影响
• 3.2.2 Mg元素对合金断口形貌的影响
• 3.2.3 Mg元素对Al-20Si微观组织的影响
• 3.2.4 热处理对Al-20Si-XMg性能及组织的影响
• 3.3 Cu元素对Al-20Si-1.5Mg性能及组织的影响
• 3.3.1 Cu元素对Al-20Si-1.5Mg力学性能的影响
• 3.3.2 Cu元素对Al-20Si-1.5Mg合金断口形貌的影响
• 3.3.3 Cu元素对Al-20Si-1.5Mg微观组织的影响
• 3.3.4 热处理对Al-20Si-1.5Mg-XCu组织及性能的影响
• 3.4 Mn元素对Al-20Si-1.5Mg性能及组织的影响
• 3.4.1 Mn元素对Al-20Si-1.5Mg力学性能的影响
• 3.4.2 Mn元素对Al-20Si-1.5Mg微观组织的影响
• 3.4.3 热处理对Al-20Si-1.5Mg-XMn组织及性能的影响
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录