電解加鈦Al-Mg-Si合金板材組織和性能的研究.pdf

1、本文以電解加鈦Al-Mg-Si合金為研究對(duì)象，通過SEM、TEM、XRD、HRTEM、DSC差熱分析及力學(xué)性能測(cè)試等，對(duì)合金的微觀組織和性能進(jìn)行了全面分析。重點(diǎn)研究了電解加鈦Al-Mg-Si合金的半連續(xù)鑄造組織，鑄態(tài)及均勻化的結(jié)晶相；研究了熱處理工藝對(duì)Al-Mg-Si合金組織和性能的影響，對(duì)時(shí)效組織進(jìn)行了的高分辨分析；分析了固溶態(tài)合金的DSC曲線對(duì)應(yīng)的放熱峰組織并計(jì)算了T4態(tài)合金β"和β'相的激活能：研究了不同過剩Si含量，Mg2Si含

2、量及Ti/B對(duì)電解加鈦Al-Mg-Si合金組織和性能的影響：對(duì)熱處理態(tài)電解加鈦Al-Mg-Si合金的SEM原位拉伸過程中裂紋萌生與擴(kuò)展進(jìn)行了觀察，并闡明了萌生和擴(kuò)展機(jī)理。研究成果對(duì)電解加鈦Al-Mg-Si合金的開發(fā)與工業(yè)應(yīng)用具有重要的理論意義和實(shí)際意義。 應(yīng)用電解加Ti的方法配制了Al-Mg-Si合金，分別研究了不同Mg含量對(duì)鑄態(tài)、均勻化處理和T4態(tài)合金結(jié)晶相的影響，描述了結(jié)晶相在鑄態(tài)、均勻化及T4態(tài)的類型、形態(tài)及數(shù)量變化規(guī)律。

3、鑄態(tài)合金組織面掃描和線掃描結(jié)果表明，Mg、Si元素在晶界處偏聚，形成非平衡組織。電解加鈦Al-Mg-Si合金鑄態(tài)結(jié)晶相主要為Al<,1.9>CuMg<,4.1>Si<,3.3<、Al<,0.75>MnSi<,1.25>、Mg<,2>Si相，結(jié)晶相中Mn、Fe具有互相代替作用。Al<,1.9>CuMg<,4.1>Si<,3.3>相呈顆粒狀，均勻化處理可使Al<,1.9>CuMg<,4.1>Si<,3.3>相溶入基體。A1MnSi類結(jié)晶相主

4、要包括Al<,0.75>MnSi<,1.25>和Al<,5>Mn<,12>Si，其形態(tài)均為不規(guī)則條狀。隨著Mg含量增加，僅AIMnSi類結(jié)晶相數(shù)量減少。鑄態(tài)合金中Mg<,2>Si相為不規(guī)則的黑色塊狀，提高M(jìn)g含量時(shí)，合金中Mg<,2>Si相增多；均勻化處理時(shí)，Mg<,2>Si相變化不大。 首次研究了預(yù)時(shí)效、預(yù)時(shí)效+模擬烘烤、預(yù)時(shí)效+預(yù)拉伸+模擬烘烤等工藝對(duì)Al-Mg-Si合金組織和性能的影響。電解加鈦Al-Mg-Si合金水淬之后

5、立即進(jìn)行短時(shí)預(yù)時(shí)效，可使過飽和固溶體中溶質(zhì)的分布不均勻，抑制隨后自然時(shí)效硬化效果，減輕淬火后停留時(shí)間對(duì)合金力學(xué)性能的影響；預(yù)時(shí)效過程形成的大量的β"核心，在隨后的人工時(shí)效(即烤漆過程)時(shí)，將促進(jìn)β"相的均勻析出，從而產(chǎn)生明顯的烤漆硬化效應(yīng)。優(yōu)化出4號(hào)合金最佳熱處理工藝為550℃×30min固溶+170℃×5min預(yù)時(shí)效+5天自然時(shí)效+180℃×30min模擬烘烤，強(qiáng)度達(dá)337MPa，延伸率達(dá)19.9％，與熔配加鈦6009變形鋁合金在T6

6、態(tài)下強(qiáng)度345MPa接近，塑性超過該熱處理?xiàng)l件下的數(shù)值(12％)。預(yù)拉伸使組織中產(chǎn)生大量的位錯(cuò)，位錯(cuò)纏結(jié)使合金強(qiáng)度得到提高。8號(hào)合金最佳熱處理工藝為550℃×30min固溶+170℃×5min預(yù)時(shí)效+3％預(yù)拉伸+5天自然時(shí)效+180℃×30min模擬烘烤，強(qiáng)度達(dá)到373MPa，延伸率達(dá)到22.2％，高于熔配加鈦6009變形鋁合金在T6態(tài)下強(qiáng)度345MPa和塑性(12％)。時(shí)效組織的高分辨分析表明，180℃時(shí)隨著時(shí)效時(shí)間的增加，調(diào)幅分解逐

7、漸形成，在180℃×8h的人工時(shí)效條件下，調(diào)幅分解呈現(xiàn)花格尼狀。經(jīng)過計(jì)算，調(diào)幅組織的晶格相晶面間距比基體晶面間距大35％。這是由于Al的原子半徑為0.1432nm，Mg的原子半徑0.1602 nm，Mg、Si原子在α(Al)中(200)晶面偏聚，使晶格產(chǎn)生畸變?cè)斐傻摹?通過DSC差熱分析，發(fā)現(xiàn)電解加鈦Al-Mg-Si合金的時(shí)效初期(150℃左右)其組織為GP區(qū)，形貌為針狀或粒狀。隨著加熱溫度的升高，到250℃左右，開始形成與基體

8、完全共格的針狀β"相。繼續(xù)升高溫度，在320℃左右形成了與基體部分共格的β'相，最后形成穩(wěn)定的β(Mg<,2>Si)，時(shí)效析處序列為GP→β"→β'→β(Mg<,2>Si)。推導(dǎo)出時(shí)效過程中析出產(chǎn)物激活能的熱力學(xué)方程，通過該方程求出了T4D態(tài)β"和β'激活能分別為63KJ/mol、121 KJ/mol，說明試驗(yàn)合金容易形成β"相，β"的強(qiáng)化作用優(yōu)于β"相。 電解加鈦Al-Mg-Si合金，隨過剩Si含量的增加，模擬烘烤前板材強(qiáng)度提

9、高明顯，延伸率也有一定程度增加。模擬烘烤后板材強(qiáng)度增加趨勢(shì)變小，延伸率沒有明顯變化，說明適量的過剩Si有利于板材的成形性和強(qiáng)度提高。不同Mg<,2>Si含量的電解加鈦Al-Mg-Si合金板材，模擬烘烤前后強(qiáng)度均有所提高。模擬烘烤前強(qiáng)度的提高主要是通過過剩Si形成附加的團(tuán)簇沉淀起強(qiáng)化作用，模擬烘烤后主要通過Mg<,2>Si的沉淀強(qiáng)化起主要作用。Ti和B的加入有效的細(xì)化電解加鈦鋁合金，隨著Ti/B比的減小，鑄態(tài)組織得到細(xì)化。電解加鈦鋁合金中