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mg含量对al-6.5si-5.5cu-xmg-0.2Zr-0.01Sr-0.06Ti-0.2Ce合金微观组织和力学性能的影响

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热加工工艺 2024年

作者：孙智伟周青山许晓静刘乐乐江苏大学先进制造与现代装备技术工程研究院

通过OM、XRD、TEM和拉伸试验等研究了mg含量对al-6.5si-5.5cu-xmg-0.2Zr-0.01Sr-0.06Ti-0.2Ce合金的微观组织和力学性能的影响。结果表明，mg会使共晶si相粗化并聚集，此外在晶界处的金属间化合物也得到粗化；随着mg含量的增加，基体中... 详细信息

通过OM、XRD、TEM和拉伸试验等研究了mg含量对al-6.5si-5.5cu-xmg-0.2Zr-0.01Sr-0.06Ti-0.2Ce合金的微观组织和力学性能的影响。结果表明，mg会使共晶si相粗化并聚集，此外在晶界处的金属间化合物也得到粗化；随着mg含量的增加，基体中的θ相（al2cu）和Q相（al5cu2mg8si6）数量会降低，位错密度随之降低；相比于含0.88wt%mg的试样而言，含1.89wt%mg的试样晶粒内部的沉淀物尺寸和相邻间距变大，这弱化了合金的第二相强化效果，此外较宽的无沉淀析出带（PFZs）使得其伸长率下降；随着mg含量的增加，合金力学性能逐渐恶化，因此，含0.88wt%mg试样具有最高的抗拉强度和伸长率，分别为412.83 MPa和6.23%。

关键词： al-si-cu-mg合金微观组织力学性能微合金化

高性能铸造al-si-cu-mg合金成分与热处理工艺研究

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高性能铸造Al-Si-Cu-Mg合金成分与热处理工艺研究

作者：熊俊杰机械科学研究总院

学位级别：硕士

近年来,随着高燃烧压力和工作温度的高比功率柴油发动机和直喷式汽油机的快速发展,工业界对铸造铝合金的强度、韧性等力学性能提出了更高的要求。本文以国外高性能354铸造合金为参考,采用材料热力学计算和相图计算方法指导设计了al-si-C... 详细信息

近年来,随着高燃烧压力和工作温度的高比功率柴油发动机和直喷式汽油机的快速发展,工业界对铸造铝合金的强度、韧性等力学性能提出了更高的要求。本文以国外高性能354铸造合金为参考,采用材料热力学计算和相图计算方法指导设计了al-si-cu-mg合金成分和热处理工艺,提高了新合金研发效率并降低了研发成本。通过金相观察、SEM分析等实验方法系统研究了cu、mg、Ti和Zr元素对铸造al-si-cu-mg合金显微组织和力学性能的影响,揭示了其对合金组织和第二相形貌演变规律和作用机理,优化了合金成分。采用正交实验法、质量指数Q和质量图合金综合性能评价法研究了不同热处理参数对合金力学性能的影响规律,优化了合金的热处理工艺,显著提高了al-si-cu-mg合金的综合力学性能,达到了预期研究目标。主要研究结论如下:(1)cu、mg含量不仅会影响铸态组织中相的类型和含量,对合金平衡固相线温度和Q相形成温度也有很大影响。θ-alcu相含量和Q-alcumgsi相含量分别取决于cu、mg含量,降低cu含量和增加mg含量都会升高Q相溶解温度,而增加cu、mg含量则会降低合金平衡固相线温度。设计的al-si-cu-mg合金成分满足关系式9.5≤cu+20.4mg≤10.7且1.5%≤cu≤2.5%,0.35%≤mg≤0.45%,由于mg含量变化范围小,确定为0.4%。(2)合金铸态组织主要由α-al、共晶si、θ-alcu、Q-alcumgsi相、α-al(Fe,Mn)si相以及(al,si)(Ti,Zr)相组成。cu、mg元素含量对组织中的第二相形貌、分布及溶解有很大影响。增加mg含量不仅会促进组织中大尺寸Q相形成,而且会提高Q相的溶解温度,使其在固溶处理时不能完全溶解,这显著降低了合金的综合力学性能。(3)添加al-5Ti-1B不仅能细化晶粒,对共晶si相也有一定的细化作用。添加0.1%Ti使组织晶粒细化和共晶si相尺寸、形貌、分布达到最佳状态,合金力学性能达到最优。过量Ti元素的添加会导致α-al枝晶和共晶si相聚集长大,α-al相出现团聚现象,主要原因是合金中过量的alTi和Ti B颗粒容易发生聚集沉淀。晶粒细化对强度的提高不明显,主要是改善了合金的延伸率。(4)添加Zr元素会在组织中形成针状或板条状(al,si)(Ti,Zr)相,增加Zr元素含量,(al,si)(Ti,Zr)相尺寸变大,数量明显增加。添加0.1%Zr含量的合金力学性能达到最优。过量Zr元素的添加会使组织中形成大量难溶的粗大板条状(al,si)(Ti,Zr)相,拉伸试验过程中严重割裂了合金基体,导致力学性能显著下降。(5)运用相图计算方法并结合DSC热分析实验验证,确定了al-si-cu-mg合金铸态组织中各相的相转变顺序和相转变温度,结合单级固溶和两级固溶对合金中二次枝晶臂间cu元素的浓度分布以及沉淀析出相含量的热力学计算分析结果,合金的T6热处理工艺设计为495℃×2h+530℃×10h淬火+155℃×12h空冷。(6)二级固溶温度对al-9si-2cu-0.4mg合金综合力学性能的影响最大,优化后的最佳固溶工艺为500℃×3h+530℃×10h。提高时效温度会降低合金的峰值强度,缩短峰值时效时间,发生过时效时,合金强度下降,断后伸长率增加,在155℃×18h时效工艺下合金综合力学性能达到最优,Rm为417MPa,Rp为324MPa,A为5.2%。

关键词： al-si-cu-mg合金显微组织热处理力学性能

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al-si-cu-mg合金热裂倾向研究

Al-Si-Cu-Mg合金热裂倾向研究

作者：马栋雷沈阳理工大学

学位级别：硕士

铝合金的密度很低,热处理后的强度很高具有很高的比强度,被广泛应用在车辆制造及航空航天领域。对于铸造铝合金来说,其铸件具有薄壁、结构复杂化等特点,其热裂行为已成为铝合金商用的瓶颈之一,所以研究铝合金的热裂形成机理及其热裂倾... 详细信息

铝合金的密度很低,热处理后的强度很高具有很高的比强度,被广泛应用在车辆制造及航空航天领域。对于铸造铝合金来说,其铸件具有薄壁、结构复杂化等特点,其热裂行为已成为铝合金商用的瓶颈之一,所以研究铝合金的热裂形成机理及其热裂倾向性对于提高铝合金在实际生产应用中具有重要意义。本文基于分别对不同配比的al-xcu合金、al-cu-mg合金、al-xcu-2mg合金、al-3cu-0.5mg-x si合金、al-xcu-0.5mg-1si合金、al-5cu-0.5mg-3si合金,采用自制铝合金热裂倾向测试装置,采集其凝固过程的特征参数。通过分析试样热节处的热裂情况、金相组织、热裂纹萌生时的温度和收缩力变化,得出试样的热裂倾向性。通过研究铝合金的热裂形成机理,提出用热裂纹初次萌生时的温度减去完全凝固时的温度与合金结晶温度区间的比值判定铝合金热裂倾向性。研究结果表明:对于al-cu合金,cu含量小于5wt.%时,随着cu含量升高,平均晶粒尺寸减小,靠晶界处析出呈连续网状分布的θ相增多,热裂倾向性减小;随cu含量升高,热裂纹初始萌生温度降低,裂纹萌生时的固相体积分数先升高后降低。对于al-cu-mg合金,cu含量在3wt.%时,随着mg含量从0.5wt.%增至2wt.%过程中,合金的平均晶粒尺寸减小,靠在晶界处呈条状分布的S相(alcu mg)增多,热裂倾向性减小;mg含量在2wt.%时,随着cu含量从3wt.%增至5wt.%,合金的平均晶粒尺寸减少;随cu、mg含量升高,热裂纹初始萌生温度降低,合金凝固末期的残余共晶成分的液相增多。对于al-si-cu-mg合金,在0.5w t.%mg、3wt.%cu情况下的al-si-cu-mg合金,随着si含量从0.5 wt.%增加至3.26wt.%的过程中,平均晶粒尺寸减小,热裂纹初始萌生温度降低,合金的热裂倾向性先增大后逐渐减小;在0.5wt.%mg、1wt.%si情况下的al-si-cu-mg合金,随着cu含量从2 wt.%增加至5wt.%的过程中,平均晶粒尺寸减小,靠晶界处析出呈连续网状分布的θ相增多,热裂纹初始萌生温度降低,凝固末期的残余离异共晶成分的液相增多,合金的热裂倾向性减小;在0.5wt.%mg、5wt.%cu情况下的al-si-cu-mg合金,随着si含量从1wt.%增加至3wt.%,单质si相析出增多,平均晶粒尺寸减小,热裂纹初始萌生温度降低,凝固末期的残余离异共晶成分的液相增多,合金的热裂倾向性减小。提出一种新的铝合金热裂倾向性的评价指标I,其大小为热裂纹初次萌生时的温度减去完全凝固时的温度与合金结晶温度区间的比值。其可以判定铝合金热裂倾向性。该值越小,合金的热裂倾向性越小。

关键词： al-si-cu-mg合金凝固收缩力热裂倾向性相组织评价指标

铜含量对触变成形al-si-cu-mg合金显微组织与力学性能的影响（英文）

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2015年第11期25卷 3523-3538页

作者： M.S.SalLEH M.Z.OMAR Department of Mechanical and Materials Engineering Faculty of Engineering and Built Environment Universiti Kebangsaan Malaysia Department of Manufacturing Process Faculty of Manufacturing Engineering Universiti Teknikal Malaysia Melaka

研究了铜含量对触变al-6si-xcu-0.3mg(x=3,4,5,6,质量分数,%)合金显微组织与力学性能的影响。试样在液相分数为50%时进行触变成形,并对部分样品进行T6热处理。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射、硬度和拉伸测试对样... 详细信息

研究了铜含量对触变al-6si-xcu-0.3mg(x=3,4,5,6,质量分数,%)合金显微组织与力学性能的影响。试样在液相分数为50%时进行触变成形,并对部分样品进行T6热处理。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射、硬度和拉伸测试对样品进行表征。结果表明,冷却倾斜板铸造和触变成形工艺能促进铝基体中细小分散的金属间化合物的形成。与硬模铸造相比,合金的力学性能大幅度提高。随着铜含量的增加,触变成形合金的硬度和拉伸强度提高。热处理触变成形al-6si-3cu-0.3mg合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为298MPa、201 MPa和4.5%。而当铜含量增加至6%时,合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为361 MPa、274 MPa和1.1%。触变成形al-6si-3cu-0.3mg合金的失效形式为韧窝断裂,而当铜含量增加至6%时,失效形式为解理断裂。

关键词： al-si-cu-mg合金铜含量触变成形 T6热处理力学性能

Sc对金属型铸造al-si-cu-mg合金疲劳行为的影响

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沈阳工业大学学报 2012年第4期34卷 402-406页

作者：车欣陈立佳李锋沈阳工业大学材料科学与工程学院沈阳110870

为了确定稀土元素Sc对金属型铸造al-si-cu-mg合金低周疲劳行为的影响规律,针对含Sc和不含Sc的金属型铸造al-si-cu-mg合金的低周疲劳行为进行了对比研究.结果表明,当外加总应变幅较高时,金属型铸造al-si-cu-mg合金和al-si-cu-mg-Sc合金... 详细信息

为了确定稀土元素Sc对金属型铸造al-si-cu-mg合金低周疲劳行为的影响规律,针对含Sc和不含Sc的金属型铸造al-si-cu-mg合金的低周疲劳行为进行了对比研究.结果表明,当外加总应变幅较高时,金属型铸造al-si-cu-mg合金和al-si-cu-mg-Sc合金均呈现循环应变硬化现象,而在低的外加总应变幅下,稀土元素Sc对合金的循环应力响应行为产生较大影响,其中al-si-cu-mg合金在疲劳变形初期表现为循环应变硬化,在疲劳变形后期则表现为循环稳定,而al-si-cu-mg-Sc合金在整个疲劳变形期间均发生循环应变硬化.此外,稀土元素Sc的加入可以有效提高金属型铸造al-si-cu-mg合金的循环变形抗力和低周疲劳寿命.

关键词： al-si-cu-mg合金稀土元素Sc 金属型铸造低周疲劳疲劳寿命循环应力响应循环应变硬化循环稳定

cu、mg对al-si-cu-mg合金力学性能的影响

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特种铸造及有色合金 2011年第4期31卷 367-368,398页

作者：陈大辉黄文淑汤进军侯立群费良军中国兵器科学研究院宁波分院包头北奔重型汽车有限公司

通过调整cu(3.0%～3.8%)、mg(0～0.4%)的含量,研究了在砂型铸造条件下cu、mg含量对al-si-cu-mg合金力学性能的影响。结果表明,少量的mg(0.2%～0.3%)能有效提高合金的强度,cu为3.5%、mg为0.3%时合金的性能最佳,室温抗拉强度和伸长率分别... 详细信息

通过调整cu(3.0%～3.8%)、mg(0～0.4%)的含量,研究了在砂型铸造条件下cu、mg含量对al-si-cu-mg合金力学性能的影响。结果表明,少量的mg(0.2%～0.3%)能有效提高合金的强度,cu为3.5%、mg为0.3%时合金的性能最佳,室温抗拉强度和伸长率分别为355MPa和5%。

关键词： al-si-cu-mg合金力学性能 cu mg

相变储热al-si-cu-mg合金与容器壳体候选材料相容性研究

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腐蚀科学与防护技术 2013年第3期25卷 224-228页

作者：谢亿谢国胜郭建亭胡加瑞徐国富湖南省湘电试验研究院有限公司长沙410007 中国科学院金属研究所沈阳110016 中南大学材料科学与工程学院长沙410083

研究304不锈钢、321不锈钢、Ti6al4V合金和Ni板等相变储热容器壳体候选材料与al-4%cu-12%mg-7%si合金的相容性,实验温度为650℃历时360 h。结果表明Ti6al4V合金的腐蚀失重最少,不锈钢次之,Ni板在液态铝合金中发生溶解反应,失重最大。采... 详细信息

研究304不锈钢、321不锈钢、Ti6al4V合金和Ni板等相变储热容器壳体候选材料与al-4%cu-12%mg-7%si合金的相容性,实验温度为650℃历时360 h。结果表明Ti6al4V合金的腐蚀失重最少,不锈钢次之,Ni板在液态铝合金中发生溶解反应,失重最大。采用扫描电镜观察腐蚀后各合金组织的变化,结果表明,在Ti6al4V合金和液态铝合金的界面发生Ti的富集,限制了互扩散层的进一步生长;不锈钢与液态铝合金界面呈现Ni的贫化和Cr的富集;Ni板在Ni-al合金溶液界面生成Ni-al合金化合物并融入到铝合金中,因此,Ni最不耐熔融al合金的侵蚀。

关键词： al-si-cu-mg合金腐蚀不锈钢 Ti6al4V Ni

高性能al-si-cu-mg铸造合金成分和热处理工艺设计

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铸造 2023年第6期72卷 680-687页

作者：熊俊杰冯志军李宇飞李泽华李笑常博文王光东杨继伟高端装备铸造技术全国重点实验室辽宁沈阳110022 中国机械总院集团沈阳铸造研究所有限公司辽宁沈阳110022 大连华锐重工铸业有限公司辽宁大连116300 沈阳铸研科技有限公司辽宁沈阳110141 东北大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110819

为开发新型高性能铸造合金,采用材料热力学计算合金设计方法建立了cu、mg元素含量与θ-al2cu、Q相含量和形成温度的变化关系图、al-9si-2cu-xmg合金平衡相图及析出强化相含量随温度和时间的变化曲线,结合DSC热分析实验设计了合金成分和... 详细信息

为开发新型高性能铸造合金,采用材料热力学计算合金设计方法建立了cu、mg元素含量与θ-al2cu、Q相含量和形成温度的变化关系图、al-9si-2cu-xmg合金平衡相图及析出强化相含量随温度和时间的变化曲线,结合DSC热分析实验设计了合金成分和热处理工艺。结果表明:利用材料热力学计算合金设计方法指导设计al-si-cu-mg合金成分和热处理工艺具有准确性和高效性,提高了新合金研发效率并降低了研发成本;设计的合金成分满足关系式:9.5≤cu+20.4mg≤10.7,且1.5%≤cu≤2.5%,0.35%≤mg≤0.45%,合金热处理工艺为500℃×3 h+530℃×9 h淬火+155℃×12 h;热处理后al-9si-2cu-0.4mg合金室温力学性能平均值为Rm=401 MPa、Rp0.2=302 MPa,A=5.3%,力学性能参数达到高性能铸造铝合金的性能水平。

关键词： al-si-cu-mg合金相图计算热处理工艺力学性能

固溶温度对al-si-cu-mg合金组织和耐磨性的影响

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金属热处理 2014年第9期39卷 66-68页

作者：任鑫孔令梅王书浩朱鹤曹丹凤张若愚辽宁工程技术大学材料科学与工程学院辽宁阜新123000 中国石油管道秦皇岛输油气分公司河北秦皇岛066000

制备了一种新型al-9si-2cu-0.3mg合金,研究了固溶温度对合金组织、硬度及耐磨性的影响。结果表明,535~545℃固溶温度范围内,随固溶温度升高,合金中析出第二相细化,弥散分布在基体中,合金硬度及耐磨性逐渐增大;550℃固溶时,出现过烧,使... 详细信息

制备了一种新型al-9si-2cu-0.3mg合金,研究了固溶温度对合金组织、硬度及耐磨性的影响。结果表明,535~545℃固溶温度范围内,随固溶温度升高,合金中析出第二相细化,弥散分布在基体中,合金硬度及耐磨性逐渐增大;550℃固溶时,出现过烧,使晶界熔化,组织粗大,硬度下降,耐磨性变差。经545℃×4 h固溶+170℃×8 h时效后,合金硬度值可达120.7 HBW,耐磨性最好。

关键词： al-si-cu-mg合金固溶温度组织耐磨性