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亚微米Al_2O_（3P）/Al复合材料及基体合金时效行为研究

作　者: 姜瑞姣
导　师: 姜龙涛
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 亚微米 Al2O3颗粒 合金元素 时效组织 复合材料
分类号: TG131
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


本文通过分别调整2024Al合金中Cu元素、Mg元素含量,采用压力浸渗法制备了三种不同Cu含量的亚微米Al2O3P/Al-Cu-Mg复合材料及基体合金和两种不同Mg含量的亚微米Al2O3P/Al-Cu-Mg复合材料及基体合金;同时调整了6061Al中的Mg、Si元素制备了两种不同Mg、Si含量的Al2O3P/Al-Mg-Si系复合材料及基体合金。利用硬度测试、差示扫描量热分析（DSC）、透射电镜（TEM）和能谱仪（EDS）等分析测试手段较为系统的研究了不同合金元素含量的30vol%-0.15μm-Al2O3p/Al复合材料及基体合金的时效行为,探讨了合金元素对基体合金和复合材料时效行为的影响机理。对亚微米Al2O3P/Al-5.46Cu-Mg和Al2O3P/Al-2.26Cu-Mg复合材料及相应基体合金的硬度测试结果表明,合金的时效硬化行为明显,并在190℃获得最佳时效效果;较高Cu含量的Al-5.46Cu-Mg合金在130℃、160℃和190℃三种温度下时效均获得较高的硬度值和较短的峰时效时间;复合材料时效初期出现软化现象,但在三种时效温度下的硬度值均明显高于基体合金,Cu含量较高的复合材料硬度值较高并在低温时效获得较短的峰时效时间。两种复合材料均在130℃获得最高硬度值,并在160℃获得最短峰时效时间。DSC测试表明,基体合金的曲线上反应峰明显,复合材料的GP区受到抑制;改变合金元素Cu、Mg的含量,没有改变时效析出顺序,但使得GP区和亚稳相的热扩散激活能增加,基体合金和复合材料的时效析出都变得困难。Cu含量提高,对基体合金和复合材料的析出抑制作用变得更加强烈。Al-5.46Cu-Mg合金中S’相和θ’相共同析出,析出相尺寸和数量均有减少,复合材料中出现了稀少位错,析出细小弥散。对亚微米Al2O3P/Al-Cu-2.0Mg和Al2O3P/Al-Cu-2.5Mg复合材料及基体合金DSC测试表明,基体合金的曲线上反应峰明显,复合材料的GP区受到抑制;提高Mg含量,没有改变时效析出顺序,但使得GP区和S’相的热扩散激活能增加,基体合金的时效析出受到抑制;Al2O3P/Al-Cu-2.5Mg复合材料的界面上产生了大量尖晶石相,进一步抑制了复合材料的时效析出。调整6061Al中Mg2Si含量, Al-2.26Mg-0.69Si和Al-0.63Mg-0.15Si合金的时效析出变得困难,在两种Al-Mg-Si系基体合金中仅看到大量尺寸很小,弥散分布的θ’相。加入Al2O3颗粒,两种复合材料的热激活能降低,时效析出得到促进,并随Mg含量提高,这种作用在Al2O3P/ Al-2.26Mg-0.69Si复合材料中表现的更加明显。两种复合材料中均观察到了一定数量的位错和亚晶组织。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-28
  1.1 引言  11-12
  1.2 Al-Mg-Si 和Al-Cu-Mg 系合金的时效行为  12-17
    1.2.1 Al-Cu-Mg 合金的时效行为  12-14
    1.2.2 Al-Mg-Si 系铝合金的时效行为  14-15
    1.2.3 Al 合金时效行为的影响因素  15-17
  1.3 颗粒增强铝基复合材料的时效行为  17-25
    1.3.1 Al_2O_(3P)/Al 复合材料的基体时效组织  17-18
    1.3.2 Al_2O_3P/Al-Cu-Mg 复合材料的时效行为  18-19
    1.3.3 Al_2O_(3P)/Al-Mg-Si 复合材料的时效行为  19-20
    1.3.4 Al_2O_(3P)/Al 复合材料时效行为的影响因素  20-25
  1.4 Al 合金及其复合材料时效行为的研究方法  25-27
    1.4.1 硬度测试法  25-26
    1.4.2 差示扫描量热(DSC)分析  26
    1.4.3 TEM 观察  26-27
  1.5 本文的主要研究内容  27-28
第2章 试验材料及试验方法  28-33
  2.1 试验材料  28-29
    2.1.1 增强体颗粒  28
    2.1.2 基体合金设计  28-29
    2.1.3 材料的制备  29
  2.2 热处理工艺  29-31
  2.3 试验方法  31-33
    2.3.1 硬度测试  31-32
    2.3.2 差示扫描量热分析（DSC）  32
    2.3.3 显微组织分析  32-33
第3章 Cu 含量对Al_2O_(3P)/Al-Cu-Mg 及基体合金时效行为的影响  33-55
  3.1 引言  33
  3.2 Al-Cu-Mg 合金及亚微米复合材料的时效硬化曲线  33-38
  3.3 Al-Cu-Mg 合金及其亚微米复合材料时效行为的DSC 分析  38-45
    3.3.1 Al-Cu-Mg 合金时效过程的DSC 分析  38-40
    3.3.2 亚微米Al_2O_(3P)/Al-Cu-Mg 复合材料时效过程的DSC 分析  40-41
    3.3.3 Al-Cu-Mg 合金及其亚微米复合材料的动态时效特点  41-42
    3.3.4 亚微米Al_2O_(3P)/Al-5.46Cu-Mg 复合材料时效过程的DSC 分析  42-45
  3.4 亚微米Al_2O_(3P)/Al-Cu-Mg 复合材料的时效组织  45-53
    3.4.1 不同Cu 含量的Al-Cu-Mg 系合金的时效组织  45-49
    3.4.2 亚微米Al_2O_(3P)/Al-Cu-Mg 复合材料的时效组织  49-53
  3.5 Al-Cu-Mg 合金及复合材料的时效机理分析  53-54
    3.5.1 Al-Cu-Mg 合金的时效机理分析  53-54
    3.5.2 亚微米Al_2O_(3P)/Al 复合材料的时效机理分析  54
  3.6 本章小结  54-55
第4章 Mg 元素对Al_2O_(3P)/Al-Cu-Mg 及基体合金时效行为的影响  55-70
  4.1 引言  55
  4.2 亚微米Al_2O_(3P)/Al-Cu-Mg 复合材料时效过程的DSC 曲线  55-59
    4.2.1 Mg 元素对Al-Cu-Mg 合金及复合材料DSC 曲线的影响  55-58
    4.2.2 Al_2O_3 颗粒对Al_2O_(3P)/Al-Cu-Mg 复合材料DSC 曲线的影响  58-59
  4.3 亚微米Al_2O_(3P)/Al-Cu-Mg 复合材料时效过程的热力学分析  59-61
    4.3.1 Al-Cu-Mg 合金时效过程的热力学分析  59
    4.3.2 Al_2O_(3P)/Al-Cu-Mg 复合材料时效过程的热力学分析  59-61
  4.4 亚微米Al_2O_(3P)/Al-Cu-Mg 复合材料的时效组织观察  61-68
    4.4.1 Al-Cu-Mg 合金的时效组织  63-67
    4.4.2 亚微米Al_2O_(3P)/Al-Cu-Mg 复合材料的时效组织  67-68
  4.5 亚微米Al_2O_(3P)/Al-Cu-Mg 系复合材料的时效析出机理  68-69
  4.6 本章小结  69-70
第5章 Mg、Si 元素对Al_2O_(3P)/Al-Mg-Si 及基体合金时效行为的影响  70-84
  5.1 引言  70
  5.2 亚微米Al_2O_(3P)/Al-Mg-Si 复合材料时效过程的DSC 曲线  70-72
    5.2.1 Mg、Si 元素对Al-Mg-Si 系合金及复合材料DSC 曲线的影响  70-71
    5.2.2 Al_2O_3 颗粒对Al-Mg-Si 合金及其复合材料DSC 曲线的影响  71-72
  5.3 Al-Mg-Si 合金及其复合材料时效过程的热力学分析  72-76
    5.3.1 Al-Mg-Si 合金时效过程的热力学分析  72-74
    5.3.2 亚微米Al_2O_(3P)/Al-Mg-Si 复合材料时效过程的热力学分析  74-76
  5.4 Al-Mg-Si 系合金及其复合材料的时效组织观察  76-80
    5.4.1 不同Mg、Si 含量的Al-Mg-Si 系合金的时效组织观察  76-77
    5.4.2 Al-Mg-Si 合金的时效组织  77-80
  5.5 亚微米Al_2O_(3P)/Al-Mg-Si 复合材料的显微组织观察  80
  5.6 亚微米Al_2O_(3P)/Al-Mg-Si 复合材料的时效机理  80-83
    5.6.1 Mg 元素对时效组织的影响机理  81-82
    5.6.2 Al_2O_3 颗粒对改变合金含量后复合材料时效组织的影响机理  82-83
  5.7 本章小结  83-84
结论  84-85
参考文献  85-91
攻读硕士学位期间发表的论文  91-92
致谢  92

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 合金学与各种性质合金 > 合金学理论
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