Al-5Cu-Ti-B合金组织和时效性能研究

论文摘要

Al-Cu合金是典型的时效硬化合金,固溶处理时,Cu溶入固溶体使晶格扭曲提高力学性能,人工时效时沉淀析出,使合金的强度大大提高。向Al-Cu合金中添加不同的合金元素,由于影响机制不同对沉淀相的析出起着不同程度的促进或抑制作用,能不同程度的影响Al-Cu合金的时效析出行为。本实验通过向Al-5%Cu合金中加入不同含量的Ti、B或同时加入Ti、B,测试在不同状态下试样的硬度和拉伸力学性能,采用金相显微镜分析了铸态、热处理态的不同显微组织,观察了试样中的析出相形貌,采用扫描电镜观察了试样的表面元素分布,并对有关机理作了探讨研究,得到以下主要结论:铸态时,向Al-5Cu合金中:（1）添加不同含量的B,当B添加量达到0.42%时,晶粒得到明显细化,组织分布也较为均匀。试样的铸态硬度和抗拉强度都出现先下降再上升的趋势,但效果不太明显;（2）单独加入Ti时,Ti与Al反应生成了Al3Ti相,Al3Ti可作为α相的结晶核心,细化晶粒。当Ti含量达到1.0%时,晶粒得到明显细化。Ti的添加使Al-5Cu试样铸态硬度明显降低,但抗拉强度得到了提高;（3）同时加入Ti、B,在B含量0.67%基本不变的条件下,随着Ti含量的增加,试样的铸态组织中出现明显偏聚现象,试样的铸态硬度和抗拉强度都得到明显的提高。热处理态时,向Al-5Cu合金中:（1）添加不同含量的B时,试样时效硬度曲线与Al-5Cu试样变化趋势相似,时效峰值也相差不明显。含B量为0.42%的试样时效硬度曲线一直处于最上方。试样的时效抗拉强度有所提高;（2）单独加入Ti时,含0.2%Ti的试样时效硬度曲线与Al-5Cu试样和加入B时的试样时效硬度曲线变化趋势相似,其他3组含Ti试样的时效速度都明显提高,峰值出现时间明显提前。含Ti试样的时效抗拉强度随Ti含量的增加呈现下降趋势;（3）同时加入Ti、B时,试样的时效速度得到进一步的提高,峰值出现时间也更加提前。同时加入Ti、B的试样时效抗拉强度比单独加入Ti和单独加入B时的试样时效抗拉强度都有明显的提高,但整体来看,随Ti含量的增加呈现下降趋势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 铝的性质
• 1.1.2 铝合金的分类
• 1.1.3 铝及铝合金的用途
• 1.1.4 铝合金的发展
• 1.1.5 铝的主要杂质
• 1.2 铝及铝合金的强化理论
• 1.2.1 铝合金的热处理
• 1.2.2 形变强化
• 1.2.3 时效强化
• 1.2.4 固溶强化和细晶强化
• 1.2.5 界面强化
• 1.2.6 析出强化
• 1.3 铸造铝铜合金的应用现状与前景
• 1.3.1 铸造铝铜合金的组织与性能
• 1.3.2 铸造铝铜合金的强化相与时效过程
• 1.3.3 添加微量合金元素对时效硬化的影响
• 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 Ti、B 元素对铝合金晶粒的细化作用
• 1.6 本课题的主要研究内容及意义
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 研究意义
• 1.6.3 创新点
• 1.7 本试验的技术路线
• 2 实验内容与方法
• 2.1 实验用原材料
• 2.2 实验主要设备及仪器
• 2.2.1 熔炼设备
• 2.2.2 铸型
• 2.2.3 辅助设备
• 2.3 实验合金的制备工艺
• 2.3.1 试验合金成分
• 2.3.2 配置中间合金
• 2.3.3 熔炼材料的准备
• 2.3.4 熔炼及浇铸
• 2.4 金相样品的制备和金相组织分析
• 2.4.1 金相试样的制备
• 2.4.2 金相组织分析
• 2.5 热处理工艺
• 2.6 布氏硬度测试
• 2.7 拉伸实验
• 2.7.1 拉伸试验的目的
• 2.7.2 拉伸时的应力—应变状态
• 2.7.3 断口分析
• 3 Al-5%Cu-Ti-B 试样的铸态性能
• 3.1 试样的制备
• 3.2 Al-5% Cu-Ti-B 试样的铸态组织及力学性能
• 3.2.1 Al-5% Cu-B 试样的铸态组织
• 3.2.2 Al-5% Cu-B 试样的铸态力学性能
• 3.2.3 Al-5% Cu-Ti 试样的铸态组织
• 3.2.4 Al-5% Cu-Ti 试样的铸态力学性能
• 3.2.5 Al-5% Cu-Ti-B 试样的铸态组织
• 3.2.6 Al-5% Cu-Ti-B 试样的铸态力学性能
• 3.3 本章小结
• 4 Al-5%Cu-Ti-B 试样的时效析出及显微组织
• 4.1 热处理准备
• 4.2 时效处理对Al-5% Cu 合金组织和力学性能的影响
• 4.3 Al-5% Cu-Ti-B 试样的时效行为
• 4.3.1 Al-5% Cu-B 试样的热处理态组织
• 4.3.2 Al-5% Cu-B 试样的时效硬化行为
• 4.3.3 Al-5% Cu-Ti 试样的热处理态组织
• 4.3.4 Al-5% Cu-Ti 试样的时效硬化行为
• 4.3.5 Al-5% Cu-Ti-B 试样的热处理态组织及时效硬化行为
• 4.4 实验结果及分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间学术论文及科研情况
• 致谢