合金元素Sc、Cr对MP铝合金微观组织和力学性能的影响

作     者：张家俊 

作者单位：太原科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡勇

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：MP铝合金 显微组织 Mg2Si相 力学性能 

摘      要：本论文以德国莱茵公司免热处理MP铝合金的合金成分为基础,通过铜模铸造技术和Sc、Cr合金元素添加,设计出一款类似的免热处理铝合金。采用热力学计算来研究合金元素对MP铝合金相组成的影响,通过光学显微镜和扫描电镜对显微组织进行观察,对比分析不同成分MP合金的显微组织;采用XRD和DTA分别对不同成分MP合金进行物相分析和差热分析;采用拉伸试验机对9种MP铝合金的室温拉伸性能进行检测。结合上述结果,分析Sc和Cr对MP铝合金显微组织和力学性能的影响规律,为我国自主开发设计免热处理强化铝合金提供数据支持。主要研究结果如下:不添加其他元素的MP合金简称为S1合金,三种含Sc的MP合金中Sc元素添加量分别为0.1%、0.2%和0.3%,分为简称为Sc1、Sc2和Sc3。热力学计算结果表明,三种MP合金的主要区别为AlSc相的析出温度和摩尔百分比不同。AlSc相的析出温度分别为:550℃,630℃,660℃,摩尔百分比分别为0.24mol%,0.48mol%,0.72mol%。由光学显微镜的照片可知,MP合金晶界处存在大量强化相MgSi相。随着Sc元素的添加,晶界处纤维状的MgSi相先转变为粒状、短棒状,再转变成粗大的纤维状。由扫描电镜的照片可知,随着Sc元素的添加,白色析出相由不规则形状转变为粒状、短棒状。对四种合金试样进行拉伸实验,对比可得,Sc2样品的力学性能最优,抗拉强度为169MPa,延伸率为1%。三种含Cr的MP合金中Cr元素添加量分别为0.1%、0.2%和0.3%,分为简称为Cr1、Cr2和Cr3。由热力学计算结果可知,Cr2和Cr3试样出现了新相AlCr相,该相于液相线温度析出,低于固相线温度后溶于基体;三种试样均出现了新相Al(FeCr)Si相,该相的析出温度为480℃。由光学显微镜的照片可知,随着Cr元素的添加,晶界处的MgSi相逐渐由纤维状转变为粒状、短棒状,然后被大量团聚铁相覆盖。由扫描电镜的照片可知,随着Cr元素的添加,白色析出相由不规则形状转变为粒状、短棒状,并且体积分数显著增加,同时聚集在晶界处。对四种合金试样进行拉伸实验,对比可得,Cr2样品的力学性能最优,抗拉强度为205.5MPa,延伸率为1.25%。同时添加Sc和Cr元素的MP合金中,分别是Sc添加量为0.1%,Cr添加量为0.2%的ScCr1合金,以及Sc添加量为0.2%,Cr添加量为0.1%的ScCr2合金。由两种合金的热力学计算结果可得,ScCr1合金中出现了AlCr相,该相于液相线温度析出,低于固相线温度后溶于基体;ScCr2合金中出现了AlSc相,该相于630℃析出(液相线温度为642℃),常温下其含量为0.48mol%。由光学显微镜的照片可知,ScCr1合金的晶粒显著大于ScCr2合金。由扫描电镜的照片可知,ScCr1合金的白色析出相多为粒状,且尺寸大多为3μm左右,ScCr2合金的白色析出相主要为棒状,长度为10-15μm,宽度约为7μm左右。对已有的9种MP合金拉伸实验结果进行对比,ScCr1合金抗拉强度最高,为232.5MPa,伸长率为1.5%;ScCr2合金延伸率最大,为2.5%,抗拉强度为199.5MPa。