超声流变挤压成形Al-Ce合金多相协同强化机理

作     者：肖昌焱 

作者单位：武汉工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林冲

授予年度：2023年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 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）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：超声 流变挤压成形 Al-Ce合金 多相协同强化 机理 

摘      要：Al-Ce合金是一种新型的耐热铸造铝合金,具有流动性好,铸造性能优良的优点,但二元Al-Ce合金的基体较弱,强度较低,无法满足使用需要,因而现阶段在工业应用中还相当有限。Ni元素是耐热铸造Al合金中的常见元素,Ni在Al中能够生成AlNi,AlFe Ni等热稳定性优良的金属间化合物强化合金基体。Fe是Al合金中的常见杂质,在Al合金中易生成粗大的板条状富Fe相,严重割裂基体,危害合金力学性能,但Fe元素在Al中生成的金属间化合物在高温下具有优良的高温稳定性,能显著提高合金高温力学性能。本文首先采用重力金属型铸造工艺研究了Ce含量不同的Al-Ce合金的组织与力学性能,然后在Al-8Ce合金中添加不同含量的Ni元素,研究不同含量的Ni对合金组织与力学性能的影响。结果表明,在亚共晶Al-Ce合金中,合金组织主要由α-Al和AlCe共晶组织组成,过共晶Al-Ce合金中主要由初生AlCe相,α-Al和AlCe共晶组织组成。随Ce含量的增加二元Al-Ce合金强度先升高后降低,初生AlCe相的产生造成了二元Al-Ce合金力学性能的下降。Ni加入Al-Ce合金后在合金中生成了初生AlNi相,同时还生成了由AlNi和AlCe相共同构成的三元共晶团,合金的室温高温强度均随着Ni含量的增加而提高。研究了超声流变挤压成形Al-8Ce-6Ni合金的显微组织和力学性能。结果发现,超声处理能显著影响合金组织中的α-Al的生长方式,将其由树枝晶状转变为椭球状。挤压对Al-Ce-Ni合金组织具有显著的细化作用,随挤压压力的增加,合金组织显著细化,合金的强度也显著提高。超声和挤压的联合作用使合金组织进一步细化,α-Al由树枝晶形态转变为等轴晶形态,合金强度也进一步提高。研究了超声流变挤压成形Al-8Ce-6Ni-0.4Fe合金的显微组织和力学性能。结果表明,Fe在Al-Ce-Ni合金中主要以长针状AlFe Ni相的形式存在,超声处理和挤压压力对AlFe Ni的形态有显著细化作用。随挤压压力的升高长针状AlFe Ni相转变为短棒状,合金的力学性能也有显著提升。研究了550℃下高温热暴露时间对重力金属型铸造Al-8Ce、Al-8Ce-6Ni合金,以及直接挤压铸造和超声流变挤压铸造的Al-8Ce-6Ni合金和Al-8Ce-6Ni-0.4Fe合金显微组织的影响。结果发现,在550℃高温热暴露12h后,合金中的AlCe共晶组织,由细小长条状转变为不连续点状,初生AlNi相边缘发生明显钝化。随热暴露时间延长,在12-60h范围内,合金组织未发生进一步明显变化。直接挤压铸造,与超声流变挤压铸造的Al-8Ce-6Ni合金组织变化相似。热暴露12h后Al-8Ce-6Ni-0.4Fe合金中的板条状AlFe Ni尖端发生明显轻微钝化,随热暴露时间延长,合金组织结构保持稳定,表现出优异的热稳定性。