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抗zr“中毒”Al-Ti-B-C中间合金及其对7050合金细化新工艺研究

抗Zr“中毒”Al-Ti-B-C中间合金及其对7050合金细化新工艺研究

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作者：张国君山东大学

学位级别：硕士

7050铝合金因具有高强、高韧、低密度、抗疲劳等特性被广泛应用于汽车、建材、航空航天等领域。7050铝合金为热处理强化变形铝合金,晶粒细化一方面可提高该合金塑性有助于变形,另一方面可进一步增强合金强度。zr元素在7050铝合金中扮演... 详细信息

7050铝合金因具有高强、高韧、低密度、抗疲劳等特性被广泛应用于汽车、建材、航空航天等领域。7050铝合金为热处理强化变形铝合金,晶粒细化一方面可提高该合金塑性有助于变形,另一方面可进一步增强合金强度。zr元素在7050铝合金中扮演着不可或缺的角色,比如抑制回复再结晶、时效析出强化等。中间合金细化7050铝合金研究较多,但是均没有很好的解决细化"中毒"问题,大大限制了该合金的应用发展。基于此,本课题制备了一种Al-Ti-B-C中间合金,用于7050铝合金的细化,分析了 Al-Ti-B-C抗zr"中毒"机理并优化中间合金成分,制备一种细化效果良好的抗zr "中毒"的中间合金。最后,开发了一种适用于7050铝合金的细化新工艺。本文的主要研究内容如下:(1)Al-5Ti-0.8B-0.2C中间合金对7050铝合金的细化行为Al-5Ti-1B、Al-4Ti-1C、Al-5Ti-0.8B-0.2C 中间合金均可细化 7050 铝合金,但当zr元素存在时,Al-5Ti-1B、Al-4Ti-1C中间合金中部分粒子与zr发生反应,引起细化"中毒"从而减弱细化效果;相比之下,Al-5Ti-0.8B-0.2C中间合金含有掺杂型的TiB2、TiC粒子,表现出良好的抗zr "中毒"能力,当添加0.2%(质量分数/%,下同)时,7050铝合金平均晶粒尺寸由20μm细化至(60±5)μm,细化后合金的室温极限拉伸强度由405MPa提高到515MPa,提高了 27.2%,伸长率由2.1%提高到4.1%。(2)Al-Ti-B-C中间合金成分优化及其对7050铝合金细化的影响基于上述研究,Al-5Ti-0.8B-0.2C中间合金具有一定的抗zr "中毒"能力,但仍需进一步优化该中间合金成分提高其细化效果和抗衰退性,为此制备了Al-3Ti-0.8B-0.2C、Al-5Ti-0.3C-0.2B、Al-5Ti-0.3B-0.2C 三种中间合金。试验结果表明:保温5min时,四种中间合金对7050铝合金细化效果较好、抗zr "中毒"能力较强;延长保温时间至60min,Al-5Ti-0.3B-0.2C中间合金细化效果和抗zr"中毒"能力最优,Al-5Ti-0.3B-0.2C中间合金可应用于7050铝合金的细化试验。(3)Al-5Ti-0.3B-0.2C中间合金添加量对7050铝合金微观组织和力学性能的影响基于上述研究,本部分系统研究了 Al-5Ti-0.3B-0.2C中间合金添加量(0,0.2%,0.5%,1%)对7050铝合金微观组织和力学性能的影响,添加量为0.5%时,合金铸态晶粒尺寸最小并达到晶粒细化极限。未细化和经1%A1-5Ti-0.3B-0.2C中间合金细化的7050铝合金挤压杆(固溶态)发生完全回复再结晶,添加量为0.2%和0.5%时,合金挤压杆部分发生再结晶但基本保留了挤压形成的纤维状织构,Ti元素过高会影响zr元素抑制回复再结晶的作用。经0.5%Al-5Ti-0.3B-0.2C中间合金细化的7050铝合金挤压杆力学性能最高,极限拉伸强度为697MPa,比未细化的合金提高了 7.2%;伸长率为16.4%,提升了 57.5%。

关键词： 7050铝合金晶粒细化抗zr "中毒" 中间合金力学性能

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