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成分调控对Al-Mg-Mn合金结晶温度区间及性能的影响

成分调控对Al-Mg-Mn合金结晶温度区间及性能的影响

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作者：王秀程郑州大学

学位级别：硕士

5xxx系铝合金因其具有比强度高、比重小、良好的成型性能和耐腐蚀性能等诸多优点,在航天航空、机械制造、汽车制造、军工制造、船舶制造与日常生活等领域中有着广泛的应用。随着国家“双碳目标”国家战略的提出,节能减排与绿色制造是铝... 详细信息

5xxx系铝合金因其具有比强度高、比重小、良好的成型性能和耐腐蚀性能等诸多优点,在航天航空、机械制造、汽车制造、军工制造、船舶制造与日常生活等领域中有着广泛的应用。随着国家“双碳目标”国家战略的提出,节能减排与绿色制造是铝合金板材加工的未来发展方向。高通量连铸连轧工艺由于能耗低、流程短、速度快与成本低等特点,越来越受到研究人员和生产企业的青睐。然而,对于镁含量相对较高的5xxx系铝合金(如AA5052合金),由于其结晶温度区间大,易产生偏析等原因,无法采用高通量连铸连轧工艺生产。本文以AA5052(Al-2.5Mg,质量分数,%,下同)合金为基础合金,采用热力学模拟(Pandat和JMat Pro软件)与实验验证相结合,通过调控Al-Mg-Mn合金中的Mg、Mn元素含量,即降低Mg元素含量,增加Mn元素含量,定制化设计一种适用于高通量连铸连轧工艺的、具有较小结晶温度区间并保障其强韧性的Al-Mg-Mn合金。在此基础上,采用DSC、OM、XRD、SEM、TEM、显微硬度、拉伸测试、电化学测试和失重分析等组织表征和性能测试手段,进一步研究了不同zr、er含量对定制化Al-Mg-Mn合金板材组织和性能的影响,探索了成分调控Al-Mg-Mn合金的腐蚀性能。主要研究结果表明:采用Pandat和JMat Pro软件进行模拟,确定了一种与Al-2.5Mg合金强度相当且结晶温度区间降低的Al-1.5Mg-0.8Mn合金,其结晶温度区间比Al-2.5Mg合金的结晶温度区间降低了10.8℃;通过合金连铸连轧模拟制备与力学性能测试等实验验证,Al-1.5Mg-0.8Mn和Al-2.5Mg两种合金板材退火态的抗拉强度和延伸率分别为287.7 MPa、6.96%和285.2 MPa,6.89%,与模拟结果基本一致;DSC分析验证结果表明Al-1.5Mg-0.8Mn合金的结晶温度区间比Al-2.5Mg合金的结晶温度区间降低了12.7℃,基本接近模拟结果。随后研究了不同zr、er含量合金化对定制化Al-Mg-Mn合金板材组织和性能的影响规律,结果表明,当zr含量为0.2 wt.%和er含量为0.3 wt.%时,Al-1.5Mg-0.8Mn合金板材的抗拉强度达到了320.5 MPa,延伸率为6.75%,比未微合金化Al-1.5Mg-0.8Mn合金板材的极限抗拉强度增加了11.3%,延伸率并无明显下降。这主要是因为合金板材的组织细化与均匀Alzr(er)纳米相析出。同时,Al-1.5Mg-0.8Mn-0.2zr-0.3er合金的结晶温度区间为10.1℃,比Al-1.5Mg-0.8Mn合金增加了0.1℃,结晶温度区间无明显变化。电化学和失重实验结果表明,Al-1.5Mg-0.8Mn、Al-2.5Mg和Al-1.5Mg-0.8Mn-0.2zr-0.3er合金的电化学腐蚀电流分别为2.63×10 A·cm、4.44×10 A·cm和2.60×10 A·cm;合金的失重速率分别为1.88 mg·cm·h、6.96 mg·cm·h和2.35 mg·cm·h,定制化合金的耐蚀性优于Al-2.5Mg合金,但三者在同一耐蚀等级。

关键词： Al-Mg-Mn合金高通量连铸连轧热力学模拟结晶温度区间 zr、er微合金化力学性能耐蚀性能

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