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Zr、Cu对Al-Cu-Mg-Ag合金的蠕变性能和微观组织的影响

Zr、Cu对Al-Cu-Mg-Ag合金的蠕变性能和微观组织的影响

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作者：夏雅阁郑州大学

学位级别：硕士

Al-Cu-Mg-Ag合金具有比强度高、耐热耐蚀性好、加工性优、来源广泛、性价比高等特点,相当契合未来超音速民航客机的需求,具有广阔的发展前景。高温蠕变试验可以很好模拟超音速客机飞行时合金的服役状态,稳态蠕变速率和蠕变断裂时间是衡... 详细信息

Al-Cu-Mg-Ag合金具有比强度高、耐热耐蚀性好、加工性优、来源广泛、性价比高等特点,相当契合未来超音速民航客机的需求,具有广阔的发展前景。高温蠕变试验可以很好模拟超音速客机飞行时合金的服役状态,稳态蠕变速率和蠕变断裂时间是衡量合金蠕变性能的重要参数。本试验以Al-5.3Cu-0.4Mg-0.4Ag-0.3Mn-0.1Ti为基础合金,通过熔铸的方法制备了两大类的试验合金:单独添加Zr元素(0、0.15、0.25、0.3、0.35wt.%)的Al-Cu-Mg-Ag-Mn-Ti-xZr试验合金,研究了欠时效态(180℃/8 h)下试验合金的室温力学性能和高温蠕变性能,并利用蠕变本构方程?=Aexp(-Q/RT)进行了数学拟合;Cu元素含量(5.23、5.56、5.82wt.%)不同的Al-xCu-Mg-Ag-Mn-Ti-Zr-Sc试验合金,探索了不同时效状态试验合金的室温力学性能和欠时效态(180℃/8 h)合金的高温蠕变行为,并利用了蠕变本构方程进行了数学拟合。试验结果表明:(1)Zr元素加入显著提高了试验合金的室温拉伸性能,Zr含量为0.35 wt.%的合金,在180℃/8 h时效状态下室温拉伸强度最高,0.15 wt.%的合金稍次,0.25wt.%的合金最差,但均高于无Zr合金。0.35 wt.%Zr合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为455.52 MPa、387.29 MPa和11.61%,与无Zr合金相比,抗拉强度提升9.29%、屈服强度提升14.83%、而延伸率降低16.77%。(2)200℃/150 MPa和200℃/200 MPa条件下的蠕变试验中,最高Zr含量合金占据优势,0.35 wt.%Zr含量的合金稳态蠕变速率最低,100 h蠕变试验后合金的应变最小,表现出相对优异的蠕变性能;在较高应力200℃/250 MPa、200℃/300MPa和较高温度220℃/200 MPa、240℃/200 MPa、260℃/200 MPa的蠕变试验中,无Zr合金反而具有了相对优异的蠕变性能,Zr元素的加入削弱了合金的蠕变抗性,随温度增高和应力增大,这一现象越为明显。较大应力200℃/300 MPa蠕变试验时,0wt.%Zr含量试验合金的蠕变断裂时间为70.01 h,为相同蠕变条件下0.35 wt.%Zr含量合金的2.68倍;较高温度260℃/200 MPa蠕变试验时,无Zr合金的蠕变断裂时间为15.99 h,为相同蠕变条件下0.35 wt.%Zr含量合金的2.35倍。(3)Cu含量(5.23、5.56、5.82 wt.%)的升高并未对180℃/(8、12、14 h)不同时效状态下合金的室温拉伸性能产生显著影响,3种试验合金不同时效状态下室温拉伸时的屈服强度、抗拉强度和延伸率等数值多元统计分析发现,屈服强度、抗拉强度和延伸率的统计平均值分别为374.3±29.3 MPa、453.5±24.43 MPa和10.2±1.07%;由于3种试验合金的Zr、Sc含量相同,时效态试验合金中存在的大量对时效不敏感变形W相(AlCuScZr)导致了这一试验结果,室温拉伸时其具有较好的弥散强化作用。(4)Cu含量(5.23、5.56、5.82 wt.%)的升高却对试验合金的蠕变性能产生了较大的影响,相同条件下的蠕变试验中,5.82 wt.%Cu含量的试验合金始终具有相对优异的抗蠕变能力,随温度升高和应力增大这种现象就越为明显。其在较高温度(240℃/200 MPa)条件下的蠕变断裂时间为64.43 h,约为其他两种Cu含量试验合金的3倍;在较高应力条件下(200℃/250 MPa)5.82 wt.%Cu含量试验合金的稳态蠕变速率为6.31×1077 s,仅约为其他两种试验合金的30%。(5)通过观察试验合金ω相的TEM高分辨照片可知,ω相的析出长大是原子扩散的结果,为扩散型相变,且ω相与基体晶格错配度小,可以有效提高试验合金的热稳定性,θ′相也存在相似的作用。试验合金的ω相在260℃/200 MPa蠕变试验中发生了明显的粗化现象,蠕变试验前ω相厚度约为2 nm,蠕变试验后达到了5 nm左右,合金的热稳定性降低。此过程中试验合金的晶界处发生了大量的溶质原子偏聚现象,晶界附近无沉淀析出带(PFZ)宽度由蠕变试验前约200 nm,在蠕变试验后增大了一倍,达到400 nm左右。

关键词： Al-5.3Cu-0.4Mg-0.4Ag-0.3Mn-0.1Ti Zr Cu 室温拉伸高温蠕变稳态蠕变速率蠕变断裂时间 ω相

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碳钢马氏体的精细结构

碳钢马氏体的精细结构

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作者：刘旋大连交通大学

学位级别：硕士

利用透射电子显微镜在纳米尺度上深入研究了碳钢Fe-C(0.05-2.0 wt.%)二元合金中淬火态马氏体组织的精细结构,发现淬火态孪晶马氏体组织实际是由非常细小的α-Fe晶粒构成。利用选区电子衍射和电镜原位回火观察深入研究了马氏体组织内部... 详细信息

利用透射电子显微镜在纳米尺度上深入研究了碳钢Fe-C(0.05-2.0 wt.%)二元合金中淬火态马氏体组织的精细结构,发现淬火态孪晶马氏体组织实际是由非常细小的α-Fe晶粒构成。利用选区电子衍射和电镜原位回火观察深入研究了马氏体组织内部的孪晶结构特征以及回火过程中退孪晶行为特征,结果表明:1.孪晶马氏体组织中的孪晶属于典型的体心立方{112}型孪晶,无论是孪晶结构的基体部分还是孪晶部分都是由1～2 nm大小的α-Fe细小晶粒构成。由于固态-固态相变的原因,这些细小的α-Fe晶粒都是从同一母相(奥氏体)晶粒中通过相变而成,因而相对于母相而言,它们具有几乎一样的晶体学取向分布,因而在电子衍射谱中呈现出单晶衍射特征。孪晶界面处存在同样细小颗粒的亚稳ω-Fe(C)相颗粒,该相具有六角结构,其点阵常数为aω-Fe=(?)aα-Fe;cω=(?)/2faα-Fe。该相与其密不可分的α-Fe之间存在特殊的取向关系,其晶体结构特征与其它体心立方金属和合金中的ω相极其相似。这种马氏体组织特征普遍存在于淬火态碳钢孪晶马氏体组织中,与碳含量多少无关。2.在低碳Fe-0.05C淬火态样品中,同样存在大量的体心立方{112}型孪晶马氏体组织,其亚结构特征与高碳钢无甚差别。由于低碳合金中所对应的马氏体相变开始温度(Ms)点高,首先形成的孪晶马氏体组织,在其随后冷却至室温的过程中不可避免地经历了自回火而引起部分退孪晶过程。在超高碳合金中,Ms点低,退孪晶行为不明显,最初的马氏体组织特征得以完整保留,即孪晶马氏体组织。因此碳钢马氏体相变初生产物应该是体心立方{112}型孪晶加上孪晶界面处的ω-Fe(C)相颗粒。3.各种碳钢组态的形成与孪晶马氏体组织的退孪晶行为密不可分,直接的电镜原位回火观察表明,从室温至200℃,孪晶马氏体组织未发生明显的变化;但在200～250℃之间,孪晶界面上的ω-Fe(C)相颗粒瞬间转变成渗碳体,并且颗粒度明显增大。同时,孪晶结构的基体和孪晶中的细小α-Fe晶粒发生瞬间粗化,类似于再结晶行为。这一过程伴随着孪晶结构的消失,即退孪晶过程。各种碳钢组态与退孪晶过程发生的温度和时间密不可分。上述研究结果,特别是孪晶马氏体组织是由细小α-Fe颗粒构成,将使我们对钢铁马氏体相变过程钢铁材料中一个重要基础理论,即马氏体相变过程,有一个更加深刻的认识。从而对钢铁组织的演变过程有一个更全面的了解和掌控,可以有效改变生产工艺和控制微观组织达到最佳性能的目的。由于ω相在体心立方金属体系中的普遍存在性,因而这些研究结果可以推广到其它金属及合金中,而不仅限于碳钢。

关键词：透射电子显微镜孪晶马氏体 ω相碳化物碳钢

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Al-Cu-Mg-(Ag)合金的组织及耐热性能、疲劳性能的研究

Al-Cu-Mg-(Ag)合金的组织及耐热性能、疲劳性能的研究

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作者：谷艳霞中南大学

学位级别：硕士

Al-Cu-Mg-(Ag)合金具有较高的热稳定性及抗疲劳性能,在航空航天领域有很大的应用前景。本论文主要研究了Al-Cu-Mg-Ag合金的微观组织和耐热性能,及高含量的Ag元素对ω相析出长大行为的影响;同时研究了含Fe、Ni元素的Al-Cu-Mg-Ag合金的耐... 详细信息

Al-Cu-Mg-(Ag)合金具有较高的热稳定性及抗疲劳性能,在航空航天领域有很大的应用前景。本论文主要研究了Al-Cu-Mg-Ag合金的微观组织和耐热性能,及高含量的Ag元素对ω相析出长大行为的影响;同时研究了含Fe、Ni元素的Al-Cu-Mg-Ag合金的耐热性能,以及织构对2524合金疲劳性能的影响。得出如下结论：(1)峰时效态(165℃/14h)的Al-Cu-Mg-Ag合金室温及200℃高温拉伸性能优于欠时效态(165℃/2h)合金,而在250℃和300℃高温拉伸时,欠时效态(165℃/2h)合金的性能较好。(2)在200℃进行长时间热暴露时,峰时效态(165℃/14h)的Al-Cu-Mg-Ag合金热稳定性高于欠时效态(165℃/2h)合金。经过热暴露1000h,峰时效态合金仍能保持70%以上的抗拉强度。两种状态的合金在热暴露过程中,ω相厚度方向的生长非常缓慢,其生长主要表现为沿长度方向的增长。合金中高含量的Ag使ω相与基体界面有较高的Ag-Mg原子偏聚,由于Ag是重原子,对原子扩散起到阻碍作用,不利于界面处台阶的迁移,从而阻碍了ω相的增厚。(3)峰时效态的Al-Cu-Mg-Ag-Fe-Ni合金在200℃以及300℃有较好的抗拉强度。在200℃高温拉伸时合金强度能达到415MPa,在300℃高温拉伸时合金强度仍能达到200MPa。(4)2524-T351合金中的高斯织构对合金的疲劳性能有利。高斯织构会使合金板材的大多数{111}面位于接近外加最大切应力的方向上,容易使位错滑移,形成驻留滑移带,引入塑性诱发的裂纹闭合效应,降低损伤积累,并导致每一个应力循环下的裂纹扩展步长变小,降低疲劳裂纹扩展速率。

关键词： Al-Cu-Mg-Ag合金耐热性 ω相 2524-T351合金疲劳性能织构

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Al-Cu-Mg-Ag合金时效制度及强化机制的研究

Al-Cu-Mg-Ag合金时效制度及强化机制的研究

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作者：唐承璐中南大学

学位级别：硕士

本文研究了非等温时效(NIA)及等温时效(T6)对Al-5.06Cu-0.90Mg-0.60Ag合金组织及性能的影响。通过显微组织的定量表征,研究了合金中析出相分布参数特征及动力学特征;结合多种强化模型,研究了合金中的强化机制。主要结论有:(1)通过合理... 详细信息

本文研究了非等温时效(NIA)及等温时效(T6)对Al-5.06Cu-0.90Mg-0.60Ag合金组织及性能的影响。通过显微组织的定量表征,研究了合金中析出相分布参数特征及动力学特征;结合多种强化模型,研究了合金中的强化机制。主要结论有:(1)通过合理设置升温速率,NIA工艺能够提高合金的屈服强度。本文研究的两种不同升温速率(20℃/h和40℃/h)的NIA工艺(NIA20和NIA40)处理后的合金的屈服强度分别为472 MPa和484 MPa;NIA工艺与力学性能最佳的T6工艺(165℃/14 h)相比提高了8-20 MPa的屈服强度。(2)对经不同时效工艺处理后合金中ω相的统计的结果表明:165T6(165℃/14 h)工艺处理后合金中析出相的密度(体积分数)最高,接下来是NIA40、NIA20和200T6(200℃/2 h)工艺。使用界面能强化模型进行的定量分析表明具有高长径比和高密度特征的析出相强化能力更好,即NIA40工艺中的组织能够提供更高强度。(3)Al-Cu-Mg-Ag合金具有良好的耐热性,在165℃下时效250小时前的组织和力学性能都比较稳定;在165℃的时效温度下,ω相厚度随时间的变化可以通过()=0.15441.描述;在此温度下ω相体积分数转变符合Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami经验公式,研究得到的1)()=0.0151 1-0)(-0.0038.)可以较好地描述本研究中ω相体积分数转变。(4)基于剪切机制的强化模型的可以反映ω相强度贡献。从界面能强化角度考虑ω相强化机制,当γ=0.230 J×m时计算强度和实验值较为匹配。图34幅,表15个,参考文献125篇

关键词： Al-Cu-Mg-Ag合金 ω相非等温时效析出相定量统计强化机制

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Al-Cu-Mg-（Ag）合金的析出及变形行为研究

Al-Cu-Mg-（Ag）合金的析出及变形行为研究

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作者：李尧中南大学

学位级别：硕士

2XXX系铝合金具有高比强度、优异的高温性能、良好的耐磨损性能及高耐损伤容限等特点,被广泛应用为航空航天结构材料。在高Cu/Mg比的Al-Cu-Mg合金中加入微量Ag能使合金析出一种新的时效强化相（ω相）,提高了该系合金的时效硬化能力、... 详细信息

2XXX系铝合金具有高比强度、优异的高温性能、良好的耐磨损性能及高耐损伤容限等特点,被广泛应用为航空航天结构材料。在高Cu/Mg比的Al-Cu-Mg合金中加入微量Ag能使合金析出一种新的时效强化相（ω相）,提高了该系合金的时效硬化能力、热稳定性和蠕变性能。论文主要研究了Al-Cu-Mg合金在高温热压缩变形过程中的变形特征、加工图和组织演变;探讨了预拉伸变形对Al-Cu-Mg合金组织和性能的影响机理;分析和讨论了Al-Cu-Mg-Ag合金中ω相在不同温度时效的析出行为;并提出了一种能够提高Al-Cu-Mg-Ag合金冷变形板材室温和高温力学性能的双级时效工艺。获得如下结论：（1） Al-3.78Cu-1.67Mg合金的流变应力随应变增加而迅速增大至峰值。合金的峰值应力随应变速率增加和变形温度减少而增大。合金热变形行为可用双曲正弦形式的本构方程描述,其变形激活能为277.8kJ/mol。（2）适合Al-3.78Cu-1.67Mg合金轧制、挤压和锻造等热加工的变形工艺为变形温度为390-420℃,应变速率为0.1-1s-1。合金的主要软化机制在高Z值为动态回复;低Z值为连续动态再结晶。热变形过程中动态析出的Al3Zr和Al20Cu2Mn3粒子抑制动态再结晶,并提高合金的变形激活能。（3）随着预拉伸变形量的增大,Al-3.78Cu-1.67Mg合金自然时效态的硬度和屈服强度明显提高,而抗拉强度基本保持不变,延伸率显著下降。合金经10%预拉伸变形处理后,位错密度增大,晶粒的长宽比提高,其抗剥落腐蚀性能降低。（4） Al-4.66Cu-0.51Mg-0.52Ag合金在145-450℃时效1h均可析出ω相。随着时效温度的提高,ω相的尺寸增大;而ω相的数量密度在200℃达到最大值。（5）双级时效热处理可显著提高Al-4.94Cu-0.43Mg-1.04Ag合金冷变形板材的硬度值。与传统的T8峰值时效态相比,合金双级时效峰值的抗拉强度和屈服强度可提高3-7%,而延伸率仍保持在较高水平。双级时效处理的第一级时效可有效地抑制θ′相的析出,并且能够降低合金中的位错密度;而第二级低温时效可获得更多细小均匀弥散分布的ω相。

关键词： Al-Cu-Mg-(Ag)合金热压缩变形预拉伸变形力学性能剥落腐蚀双级时效析出 ω相

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挤压和热处理对Al-Cu-Mg-Ag合金组织及常·高温力学性能的影响

挤压和热处理对Al-Cu-Mg-Ag合金组织及常·高温力学性能的影响

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作者：张明吉林大学

学位级别：硕士

传统钢制钻具在钻探过程中易出现腐蚀、开裂和疲劳破裂等问题，密度高、比强度低等缺点也让钢制钻具无法在复杂井和深井中发挥优势，所以要避免这些缺点应改变钻杆的材质。本文主要完成项目为可以在200℃-250℃使用的下段钻杆材料的设... 详细信息

传统钢制钻具在钻探过程中易出现腐蚀、开裂和疲劳破裂等问题，密度高、比强度低等缺点也让钢制钻具无法在复杂井和深井中发挥优势，所以要避免这些缺点应改变钻杆的材质。本文主要完成项目为可以在200℃-250℃使用的下段钻杆材料的设计和开发，其验收考核指标为：室温下σb≥500MPa，δ≥8%;200℃下σb≥350MPa;250℃下σb≥200MPa。 2000系铝合金由于具有密度低、比强度高、耐腐蚀性强、耐热性能突出和室温强度较高等优点，成为取代钢制钻具的首选。但是2000系铝合金的工作温度不能超过150℃，否则合金强化相会发生粗化导致性能下降。与2000系铝合金相比，Al-Cu-Mg-Ag合金具有更高的室温强度和更优良的耐热性能，其应用前景更加广泛。本文在2024合金的基础上添加微量Ag并进行成分调整，浇铸出Cu含量不同的1#、2#、6#三种合金和与2#合金同成分的3#、4#和5#三种不同挤压比合金。本文研究了均匀化处理（495℃×24h）和挤压对Al-Cu-Mg-Ag合金组织的影响。均匀化处理消除了铸态组织中存在的枝晶偏析，使非平衡相基本溶入基体。挤压工艺拉长并细化合金组织，挤压比为30的4#合金挤压效果最好。本文研究了T6热处理对Al-Cu-Mg-Ag合金组织和硬度的影响。通过DSC曲线分析得到七种合金最佳固溶温度的大致范围;通过金相组织分析，观察残留相粒子和合金是否发生过烧来确定合金的最佳固溶温度。通过显微硬度测试分析合金时效硬化效果，Ag元素的加入既加快了合金的时效响应速率，也使峰值硬度提高13.9%以上。合金的最佳热处理工艺为：固溶495℃×2h+时效185℃×8h（2024合金），固溶515℃×2h+时效185℃×4h（1#合金），固溶520℃×2h+时效185℃×4h（2#、3#、4#、5#和6#合金）。本文研究了Ag对Al-Cu-Mg合金常温、高温力学性能的影响，发现添加Ag元素显著提高了合金的常温、高温力学性能，借助扫描电镜分析合金拉伸断口形貌，解释合金塑性变化。通过对比2024合金力学性能，总结如下：（1）含Ag挤压态合金的常温强度提高20%以上;（2）T6态含Ag合金的常温强度提高10%以上，4#合金性能最佳（σb=540MPa、σ0.2=460MPa、δ=21.5%）;（3）T6态含Ag合金的高温强度提升显著，4#合金的性能最优（σb比2024合金提高12.8%以上，σ0.2比2024合金提高25.1%以上，δ≥21.0%），此合金的力学性能达到并超过项目验收考核指标。本文对比含Ag合金的力学性能，发现当温度为150℃和200℃时，含Ag合金有较高的抗拉强度和屈服强度，说明强化相Ω比较稳定;当温度为250℃时ω相易粗化，使强度大幅下降。借助透射电镜观察含Ag合金的主要析出相Ω并进行定量统计，含Ag合金时效析出大量ω相和少量θ′相，合金强度随ω相的析出数量增多而提高。

关键词： Al-Cu-Mg-Ag合金 T6热处理微观组织力学性能 ω相

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不同Cu含量Al-Cu-Mg-Ag合金的微观组织和力学性能的研究

不同Cu含量Al-Cu-Mg-Ag合金的微观组织和力学性能的研究

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作者：彭方乐郑州大学

学位级别：硕士

Al-Cu-Mg-Ag合金由于具有较高的比强度、良好的耐热性、优异的抗疲劳损伤能力和易加工成型等诸多优点,而成为制备航空航天飞行器蒙皮及其内部受力结构件的理想材料。近年来,随着飞行器的飞行速度和距离的不断增加,对其材料的疲劳性能和... 详细信息

Al-Cu-Mg-Ag合金由于具有较高的比强度、良好的耐热性、优异的抗疲劳损伤能力和易加工成型等诸多优点,而成为制备航空航天飞行器蒙皮及其内部受力结构件的理想材料。近年来,随着飞行器的飞行速度和距离的不断增加,对其材料的疲劳性能和高温蠕变性能的要求也越来越高。因此,通过优化Al-Cu-Mg-Ag合金的主合金化元素含量,开发出一种具有优异的强韧性、抗疲劳性和抗高温蠕变性的铝合金材料,具有重要的工程应用意义。本文制备了Cu含量位于Al中极限固溶度(5.65wt.%)附近的三种Al-x Cu-Mg-Ag(x=5.30、5.65、6.00wt.%)合金。利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)观察了三种合金的微观组织演变。通过室温拉伸试验、疲劳裂纹扩展试验、高温蠕变试验测试了三种合金的室温拉伸性能、疲劳性能和高温蠕变性能。试验结果表明:(1)Cu含量的变化对三种Al-Cu-Mg-Ag合金晶粒组织的影响较小但对其析出相的影响较大。三种合金铸态组织的晶粒尺寸均在100μm左右,挤压态组织均呈现为断续的纤维状。时效态组织中均析出了大量弥散分布的与基体具有较小的错配度,共格关系良好的ω相。其中Cu含量为6.00wt.%合金中ω相的密度最高。(2)Cu含量为6.00wt.%的Al-Cu-Mg-Ag合金具有最高的拉伸强度。在峰时效态(180℃/12h)下该合金的抗拉强度和屈服强度分别为507±8.4MPa和407±12.5MPa,与Cu含量为5.30wt.%合金相比,分别提升了5.8%和7.1%,与Cu含量为5.65wt.%合金相比,分别提升了12.4%和9.7%。(3)Cu含量为6.00wt.%的Al-Cu-Mg-Ag合金表现出最好的疲劳裂纹扩展抗力。当应力比R=0.1时,该合金的疲劳寿命为1559520周次,分别是Cu含量为5.30wt.%合金的1.2倍和Cu含量为5.65wt.%合金的2.7倍,应力强度因子范围ΔK=30MPa·m时其疲劳裂纹扩展速率为9.12×10mm/周次,是Cu含量为5.30wt.%合金的29%,是Cu含量为5.65wt.%合金的14%。对疲劳断口的观察表明,Cu含量为6.00wt.%合金相邻疲劳辉纹的间距为0.24μm,显著小于另外两种合金。该合金较高的疲劳裂纹扩展抗力主要源于其高密度的ω相增加了位错滑移的可逆性,促进了疲劳裂纹的闭合和偏转。(4)具有良好热稳定性的ω相增强了Al-Cu-Mg-Ag合金的高温蠕变性能。Cu含量为6.00wt.%合金抗蠕变能力最佳,在240℃/150MPa的蠕变条件下,该合金的稳态蠕变速率为5.23×10s,是Cu含量为5.30wt.%合金的44%,是Cu含量为5.65wt.%合金的20%。在220℃/250MPa的蠕变条件下,该合金的蠕变寿命为28.0h,是Cu含量为5.30wt.%合金的1.8倍,是Cu含量为5.65wt.%合金的2.6倍。Al-Cu-Mg-Ag合金的蠕变机理可归结为存在门槛应力σ的位错攀移机制。

关键词： Al-Cu-Mg-Ag合金 Cu含量极限固溶度 ω相室温拉伸疲劳裂纹扩展行为高温蠕变

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Al-Cu-Mg-（Ag）合金的微观组织和力学性能

Al-Cu-Mg-（Ag）合金的微观组织和力学性能

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作者：周璇玮中南大学

学位级别：硕士

本论文主要研究了Ag含量对Al-Cu-Mg-Ag合金中ω相的析出和热稳定性的影响,并研究了2524合金中原子团簇和模量强化的对应关系,得出如下结论：(1)三种成分Al-Cu-Mg-Ag合金的时效响应速率随着Ag含量从0.14%逐渐升高至0.57%而逐渐加快,相应... 详细信息

本论文主要研究了Ag含量对Al-Cu-Mg-Ag合金中ω相的析出和热稳定性的影响,并研究了2524合金中原子团簇和模量强化的对应关系,得出如下结论：(1)三种成分Al-Cu-Mg-Ag合金的时效响应速率随着Ag含量从0.14%逐渐升高至0.57%而逐渐加快,相应的力学性能也随着Ag含量的增加而提高。(2)Al-Cu-Mg-Ag合金中Ag含量的增加可以提高ω相的热稳定性并且能促进ω相的析出,同时细化ω相的尺寸,从而抑制θ'相的析出。(3)2524合金170℃的时效硬化曲线表现出明显的两次硬化特征。时效很短时间,硬度就从固溶态的89.2HV迅速增至时效5min的122.1HV,进入硬度平台区;时效10h后,硬度才开始第二阶段硬化并逐渐达到峰值145.7HV。(4)2524合金在T4态时小尺寸的Cu-Mg原子团簇的百分比最多。在170℃时效过程中,合金中主要强化相及其所占的百分比在不断发生变化,时效5min主要形成Cu-Mg原子团簇,时效1h-8h后开始有GPB区的出现,但百分比基本保持不变,时效12h后GPB区占主导地位,而峰时效态中进一步析出S(S’)相,同时GPB区的尺寸大大增加,Cu-Mg原子团簇的百分比明显降低。(5)2524合金在170℃时效的析出序列可以确定为：SSS→Cu-Mg原子团簇→Cu-Mg原子团簇+GPB区→Cu-Mg原子团簇+GPB区+S(S’)→S。(6)2524合金中原子团簇的Cu/Mg比及弹性模量与时效时间均呈线性关系,随着时效时间的延长而缓慢增加。模量强化引起的剪切应力的变化趋势与合金的时效硬化曲线规律相吻合。(7)经170℃时效1h处理的试样具有比T4态更好的抗疲劳性能,而170℃时效8h处理的试样抗疲劳性能最差。

关键词： Ag ω相 2524合金原子团簇模量强化

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Al-Cu-Mg-Ag合金组织及耐热性能的研究

Al-Cu-Mg-Ag合金组织及耐热性能的研究

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作者：刘灿威中南大学

学位级别：硕士

Al-Cu-Mg-Ag合金由于具有优异的热稳定性,在航空航天领域体现出巨大的应用价值。本文设计出三种不同成分的合金(1#：Al-5.40Cu-0.45Mg-0.98Ag,2#:Al-5.56Cu-0.51Mg-0.99Ag-1.21Fe-0.90Ni,3#:Al-4.96Cu-0.81Mg-0.34Ag),采用室温拉伸、高温短时拉伸、热暴露等实验方法,系统研究了不同成分的Al-Cu-Mg-Ag合金室温力学性能、耐热性能。研究结果如下：(1)合理的均匀化工艺为：1#合金：420℃×6h+495℃×24h;2#合金：420℃×6h+530℃×24h;3#合金：420℃×6h+485℃×24h.三种合金的合理固溶工艺为：1#合金为510℃x2h;2#合金为530℃x3h;3#合金为510℃x2h。(2)在190℃时效时,1#、2#和3#合金达到峰时效时间分别为4h、8h和4h,峰时效态抗拉强度分别为521MPa、444MPa和526MPa。微观组织分析表明,在时效过程中,Fe和Ni抑制了Al-Cu-Mg-Ag合金中Q相的析出和长大速率,降低了合金的时效响应速率和峰值强度;高Mg和低Ag含量利于0’相析出,从而抑制合金中ω相的析出。(3)Fe和Ni的加入增强了合金高温时力学性能的稳定性。高Mg和低Ag含量对合金的高温力学性能十分不利。(4)200℃热暴露时,1000h后1#、2#和3#合金抗拉强度分别为391MPa、374MPa和355MPa,分别为峰时效的75.1%、84.2%和67.5%;250℃热暴露时,1000h后1#}、2#和3#合金抗拉强度分别为228MPa、241MPa和255MPa,分别为峰时效的43.8%、54.3%和48.5%。可以看出,Fe和Ni增强了合金的耐热性。(5)在200℃热暴露时,合金组织中ω相的热稳定性受Cu/Mg比影响比较显著。1#合金(Cu/Mg=12)中ω相稳定性最高,长时间热暴露后合金微观组织中析出相仍以ω相为主;2#(Cu/Mgω相稳定性降低,小尺寸的ω相开始溶解,被θ’相所替代。在250℃热暴露时,即使Cu/Mg比较高的1#合金,ω相也变得不稳定,最终在500h几乎全部溶解,基体中析出相主要以粗大的θ(0’)相为主。

关键词： Al-Cu-Mg-Ag 耐热铝合金 ω相力学性能微观组织热稳定性

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热处理对Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe合金显微组织和力学性能的影响

热处理对Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe合金显微组织和力学性能的影响

引用

作者：王广东山东大学

学位级别：硕士

高强(α+β)钛合金Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe是深度淬透性的过渡型α+β型合金,具有高度的组织不均匀性和时效强化效应。本文研究了Ti-5Al-5Mo-5V-1Fe-1Cr合金经过900℃(β相区)和830℃(α+β相区)固溶处理1h后水淬,不同时效温度对合金的... 详细信息

高强(α+β)钛合金Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe是深度淬透性的过渡型α+β型合金,具有高度的组织不均匀性和时效强化效应。本文研究了Ti-5Al-5Mo-5V-1Fe-1Cr合金经过900℃(β相区)和830℃(α+β相区)固溶处理1h后水淬,不同时效温度对合金的组织和力学性能的影响。合金经900℃固溶处理1h后水淬为粗大的等轴β组织;α+β相区再结晶处理时得到由等轴初生α和细小的再结晶β晶粒组成的双态组织。由于冷却速度非常快,抑制了第二相的析出。 300℃时效处理时β基体析出弥散分布的椭球状ω颗粒,与β相符合位向关系;{0001}//{111},//。亚稳β相{111}晶面上的原子通过切变产生(2/3)大小的位移,导致局部有序化,发生β→ω相变。对于α+β相区情况,除了形成ω相外,还形成α相。由于合金α+β相区固溶处理时,合金元素发生偏聚,α稳定元素Al偏聚于初生α相中,而β稳定元素Mo、V、Fe、Cr偏聚于β相,亚稳β相富含了大量的β稳定元素,时效响应时间缩短,ω相析出速度加快,同时α相析出速度也加快。当温度高于350℃时,同时观察到α和ω相的析出。在低温时效过程中,β→α转变借助中间过渡ω相来完成。α相在ω/β相界形核或在ω相内形核,细化α相,同时ω相在α相的生长方向变形,导致形成的α相具有原始ω相的形态特征,得到均匀弥散析出的强化细小针状α相。当时效温度高于500℃时,针状α相直接从β晶界和晶内中析出,没有中间相ω的形成,显微组织由针状α和β转变组织构成。α相在晶界上优先形核,而后在晶内形核。这是由于在和相邻的一个晶粒有取向关系的晶界上形核降可以低形核功以及大角度晶界是析出相形核的一个非常重要地点。α相的形成速率、数量和形态分布取决于时效温度和时间。合金在β相区固溶处理,或在α+β相区固溶处理后时效处理,虽然α相在晶界和晶内析出的α相大小不一致,但对合金显微硬度影响不大。相同的时效温度下,合金α+β相区固溶加时效后的硬度明显高于β相区固溶时效后的硬度。900℃固溶处理及时效后,合金的硬度在450℃时达到最大值。合金α+β相区固溶后的时效最大硬度值出现在350℃。这是由于早期析出的ω颗粒可以作为α相的形核核心,细化α相。当时效温度造成从直接亚稳β相中析出α相,由于片层粗大,硬化效应小,硬度值降低。当时效温度超过500℃时,硬化效应均为α相造成的,温度愈高,析出的α相愈粗大,降低合金的强化效果,硬度值降低。

关键词：高强(α+β)钛合金时效显微组织 ω相 α相析出力学性能

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