Zn对铸造Al-Si-Cu-Mg合金组织及力学性能的影响

论文摘要

针对传统结构材料的强化,研究开发具有优异成形性的高强度、高韧性及低成本的铸造铝合金具有重要的科学意义和实践价值。国内和国际许多科研机构都采用添加Zn的方法使铝合金强度提高,研制出多种力学性能较高的铝合金。本文通过扫描电镜,差热分析,透射电镜等分析测试方法研究合金元素Zn对高强度铸造Al-Si-Cu-Mg合金组织和力学性能的影响并分析其强化机理。力学性能测试结果显示:当Zn的添加量在0.1%～1.0%（wt%）范围内时,随着Zn含量的增加,合金的硬度显著提高,抗拉强度稍有提高而伸长率是随Zn含量的增加而逐渐降低的。Zn可提高合金的峰时效硬度,加快合金的硬化速度。时效硬化曲线可以看出:合金呈现通常硬化现象,即经过一定时间时效合金硬度显著提高,然后软化;合金元素Zn的加入提高了合金的硬化速度,即经过较短时间的时效处理就可以使硬度有较大幅度的提高。显微组织分析显示,Zn是以固溶体而并非相的形式比较均匀的分布在基体组织中的,Zn的加入促进了热处理过程中Al2Cu相在合金中的细小弥散化分布,从而使合金的硬度提高。通过DSC和TEM分析显示,元素Zn的加入使合金的析出序列发生了显著的变化:1.Zn促进了合金时效过程中GPⅡ区的形成,加快了时效硬化速度;2.合金元素Zn的加入使稳定相不再形成。Zn的添加可以增加合金中GPⅡ区的形核数量而降低了该相的长大速率。Zn与空位之间较高的结合能,大量空位被Zn原子所俘获从而使得合金中Cu等溶质原子赖以扩散的空位急剧减少,阻碍了合金中GPⅡ区θ”相的的长大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究目的及意义
• 1.2 国内外发展概况
• 1.2.1 铝合金的发展
• 1.2.2 铝合金强化机理
• 1.2.3 微量元素对时效型合金析出过程的影响
• 1.2.4 合金元素及杂质的作用
• 1.2.5 锌在铝合金中的作用
• 1.3 研究内容
• 第二章 实验材料与方法
• 2.1 实验材料及实验设备
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 熔炼
• 2.2.2 合金的热处理
• 2.2.3 力学性能试验
• 2.2.4 金相组织观察
• 2.2.5 差热分析
• 第三章 Zn对Al-Si-Cu-Mg合金铸态力学性能及组织的影响
• 3.1 Zn对合金铸态力学性能的影响
• 3.2 Zn对铸态合金组织的影响
• 3.2.1 宏观组织分析
• 3.2.2 拉伸断口形貌
• 第四章 热处理对合金力学性能及组织的影响
• 4.1 热处理对合金力学性能的影响
• 4.2 固溶组织分析
• 4.3 时效组织分析
• 4.3.1 宏观组织分析
• 4.2.2 拉伸断口形貌
• 第五章 Zn在Al-Si-Cu-Mg合金中的存在状态及其作用
• 5.1 Zn在Al-Si-Cu-Mg合金中的存在状态
• 5.2 Zn对Al-Si-Cu-Mg合金强化相的影响
• 5.2.1 Zn对铸态Al-Si-Cu-Mg合金强化相的影响
• 5.2.2 Zn对时效Al-Si-Cu-Mg合金强化相的影响
• 5.3 Zn对合金时效析出序列的影响
• 5.4 Zn对时效析出相形貌的影响
• 5.4.1 Zn对合金中θ″相形貌的影响
• 5.4.2 Zn对合金中θ′相形貌的影响
• 5.5 讨论
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢