Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金快速凝固条件下微合金化及作用机理

论文摘要

本文利用喷射成形技术制备了Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金沉积锭,并对其进行了挤压密化处理。利用XRD、SEM、TEM等方法对合金沉积态组织、相结构、固溶度和热处理过程中合金元素作用、析出相的转变及性能预测进行了研究。利用固溶度理论对沉积态和铸态合金的固溶度进行了计算,结果显示同一成分合金沉态固溶度较铸态高出近50%。XRD分析沉积态合金1（ Al-12Zn-3.34Mg-1.12Cu-0.2Zr-0.2Mn-0.16Cr）和合金2 （ Al-10Zn-3.49Mg-1.25Cu-0.25Zr-0.2Mn-0.16Cr）的固溶度分别为5.7%和6.2%。沉积态晶粒尺寸在20～30μm左右,Zn含量的增加对晶粒尺寸的影响不大,但在晶界位置处厚度略微有所增加,晶内和晶界都分布Al、Zn、Mg三元化合物。微量合金元素在沉积态组织中以长条状的Al12（Cr,Mn）化合物存在,不与Zn、Mg合金元素作用,不影响时效过程中MgZn2析出相的数量。假设合金的强度是基体强度、细晶强化、固溶强化和沉淀强化贡献线性叠加的前提下,预测合金1和合金2的强度分别为662.5±72.5MPa和712±25MPa,其中固溶强化对基体强度增加的贡献最大。120℃时效热处理,16h达到峰时效,此时η’析出相弥散分布,尺寸在45nm左右,强化效果最佳。Al3Zr粒子在晶内弥散析出,与位错交互作用,钉扎位错,阻碍位错运动。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超高强铝合金发展现状
• 1.2.1 国外Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金的发展
• 1.2.2 国内Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金的发展
• 1.3 超高强铝合金合金化机理
• 1.3.1 主合金元素
• 1.3.2 微量合金元素
• 1.3.3 杂质元素
• 1.4 铝合金各种强化机理
• 1.4.1 固溶强化
• 1.4.2 细晶强化
• 1.4.3 第二相强化
• 1.4.4 复合强化
• 1.5 超高强高韧铝合金的强韧化方法
• 1.5.1 调整合金成分提高强韧性
• 1.5.2 改进热处理工艺提高强韧性
• 1.5.3 采用先进的和特殊加工方法提高合金综合性能
• 1.6 本文选题意义和研究内容
• 第2章 材料制备及实验方法
• 2.1 材料制备工艺流程
• 2.2 试验材料制备
• 2.3 显微组织分析
• 2.3.1 OM和XRD分析
• 2.3.2 SEM组织观察
• 2.3.3 TEM组织观察
• 第3章 成分计算及强度预测
• 3.1 引言
• 3.2 成分计算
• 3.2.1 固溶度理论
• 3.2.2 固溶度计算
• 3.3 微合金化
• 3.3.1 铝合金微合金化强化机理
• 3.4 强化贡献预测
• 3.4.1 晶界强化贡献
• 3.4.2 第二相粒子强化作用
• 3.4.3 固溶强化贡献
• 3.5 本章小结
• 第4章 微观组织与相分析
• 4.1 沉积态组织形貌观察
• 4.1.1 Zn含量对显微组织的影响
• 4.1.2 第二相成分及分布
• 4.1.3 第二相相结构
• 4.2 时效过程中的微观组织
• 4.2.1 时效时间对合金硬度的影响
• 4.2.2 时效过程中的组织演变
• 4.2.3 合金析出相沉淀动力学
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢