微合金化对Al-Cu-Mg合金组织及性能的影响

论文摘要

综述了国内外关于Al-Cu-Mg合金的发展状况以及Sc、Zr元素在铝合金中的应用状况。研究了单独及复合添加Sc、Zr元素对Al-4Cu-1.5Mg合金组织与性能的影响规律,并分别对Al-4Cu-1.5Mg-0.2Zr、Al-4Cu-1.5Mg-0.5Sc和Al-4Cu-1.5Mg-0.4Sc-0.2Zr合金的热处理工艺进行了试验研究。试验结果表明:单独添加合金元素Sc,在Sc的含量为0.5%时,Al-4Cu-1.5Mg合金显微组织细化效果相对较好,合金铸态抗拉强度和屈服强度分别为260.0MPa和183.8MPa,伸长率为3.6%。合金主要强化相为θ（Al2Cu）相和S（Al2CuMg）相,Sc以固溶体形式存在于基体中。单独添加0.2%Zr时,Al-4Cu-1.5Mg合金组织细化效果较好,合金的铸态抗拉强度和屈服强度分别为214.1MPa和178.5MPa,伸长率为3.2%。Zr元素除部分固溶在基体中外,还有一部分形成Al3Zr相,成为异质形核核心,从而有效改善合金枝晶组织及力学性能。复合添加0.4%Sc和0.2%Zr时,Al-4Cu-1.5Mg合金的组织细化效果较好,其铸态抗拉强度、屈服强度及伸长率均达到极大值,与未添加钪锆的合金相比,抗拉强度提高了55.3%,伸长率提高了近三倍。Sc、Zr除部分固溶在α-Al基体外,其余以Al3（Sc,Zr）粒子的形式存在。试验还得出:Al-4Cu-1.5Mg-0.2Zr合金最佳均匀化制度为420℃×8h+490℃×16h,其后的热处理工艺为493℃×20min（固溶）+水淬+165℃×2h（时效）。热处理后,合金的抗拉强度和屈服强度分别提高84.5%和79.3%。Al-4Cu-1.5Mg-0.5Sc和Al-4Cu-1.5Mg-0.4Sc-0.2Zr的最佳均匀化制度分别为350℃×8h+490℃×16h和420℃×8h+490℃×16h,两种合金均匀化后经493℃×20min（固溶）+水淬+165℃×2h（时效）热处理后,力学性能均得到有效改善。热处理后,Al-4Cu-1.5Mg-0.5Sc合金的抗拉强度和屈服强度分别提高了50%和30.6%,伸长率达原来的六倍多;Al-4Cu-1.5Mg-0.4Sc-0.2Zr的抗拉强度也提高了45.5%,伸长率提高了一倍多。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 Al-Cu-Mg系合金研究及应用状况
• 1.1.1 国外Al-Cu-Mg 合金的发展概况
• 1.1.2 国内Al-Cu-Mg 合金的发展概况
• 1.2 Al-Cu-Mg系合金的相变特征
• 1.3 Al-Cu-Mg合金的主要组元及其作用
• 1.3.1 主合金化元素
• 1.3.2 微量添加元素
• 1.3.3 杂质元素
• 1.4 Al-Cu-Mg合金的应用及加工性能
• 1.4.1 Al-Cu-Mg 合金的应用
• 1.4.2 Al-Cu-Mg 合金的加工性能
• 1.5 含钪铝合金的国内外发展概况
• 1.5.1 含钪铝合金的发展
• 1.5.2 钪与铝合金中部分合金元素的相互作用
• 1.6 Zr 元素的基本性质及在铝合金中的作用机理
• 1.6.1 Zr 元素的基本性质
• 1.6.2 Zr 元素在铝合金中的存在形式
• 1.6.3 Zr 元素在铝合金中的作用机理
• 1.7 Sc、Zr复合合金化的研究状况
• 1.8 本课题研究的内容及意义
• 第二章 实验材料、设备及实验方法
• 2.1 合金成分设计
• 2.2 实验设备
• 2.2.1 熔炼设备
• 2.2.2 图像分析设备
• 2.2.3 力学性能实验设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 熔炼工艺
• 2.3.2 金相试样的制备
• 2.3.3 试棒均匀化处理
• 2.3.4 固溶处理制度的优化
• 2.3.5 时效处理制度的优化
• 2.3.6 拉伸试验
• 第三章 微量元素Sc 对Al-Cu-Mg 合金显微组织与力学性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 Sc 对Al-Cu-Mg 合金微观组织形貌的影响
• 3.3 Sc 在Al-Cu-Mg 合金中的存在形式及组成相的分析
• 3.4 微量元素Sc对Al-4Cu-1.5Mg 合金力学性能的影响
• 第四章 微量元素Zr 对Al-Cu-Mg 合金显微组织与力学性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 微量元素Zr对Al-Cu-Mg 合金微观组织形貌的影响
• 4.3 Zr 在Al-Cu-Mg 合金中的存在形式及组成相分析
• 4.4 微量元素Zr对Al-Cu-Mg 合金力学性能的影响
• 第五章 Sc、Zr 复合微合金化对Al-Cu-Mg 合金显微组织与力学性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 Sc、Zr 复合微合金化对Al-Cu-Mg合金显微组织的影响
• 5.3 钪锆在Al-Cu-Mg合金中的存在形式
• 5.4 钪锆复合对Al-Cu-Mg合金拉伸力学性能的影响
• 第六章 钪锆微合金化Al-Cu-Mg 合金的热处理研究
• 6.1 引言
• 6.2 Al-4Cu-1.5Mg-0.2Zr 合金的热处理研究
• 6.2.1 均匀化处理
• 6.2.2 固溶处理
• 6.2.3 时效处理
• 6.2.4 Al-4Cu-1.5Mg-0.2Zr 合金热处理各个时期组织及性能的变化
• 6.3 Al-4Cu-1.5Mg-0.5Sc合金的热处理研究
• 6.3.1 均匀化处理
• 6.3.2 T6 热处理
• 6.4 Al-4Cu-1.5Mg-0.4Sc-0.2Zr 合金的热处理研究
• 6.4.1 均匀化处理
• 6.4.2 T6 热处理
• 6.5 热处理对单独及复合添加Sc、Zr 元素的铝铜镁合金显微组织及力学性能的影响
• 6.5.1 热处理对单独及复合添加Sc、Zr 元素的铝铜镁合金显微组织的影响
• 6.5.2 热处理对单独及复合添加Sc、Zr 元素的铝铜镁合金力学性能的影响
• 第七章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢