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微合金化对Al-Cu-Mg合金组织及性能的影响

作　者: 侯丽娜
导　师: 向青春
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: Al-Cu-Mg合金 Sc Zr 热处理 微观组织 力学性能
分类号: TG166.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


综述了国内外关于Al-Cu-Mg合金的发展状况以及Sc、Zr元素在铝合金中的应用状况。研究了单独及复合添加Sc、Zr元素对Al-4Cu-1.5Mg合金组织与性能的影响规律,并分别对Al-4Cu-1.5Mg-0.2Zr、Al-4Cu-1.5Mg-0.5Sc和Al-4Cu-1.5Mg-0.4Sc-0.2Zr合金的热处理工艺进行了试验研究。试验结果表明:单独添加合金元素Sc,在Sc的含量为0.5%时,Al-4Cu-1.5Mg合金显微组织细化效果相对较好,合金铸态抗拉强度和屈服强度分别为260.0MPa和183.8MPa,伸长率为3.6%。合金主要强化相为θ(Al2Cu)相和S(Al2CuMg)相,Sc以固溶体形式存在于基体中。单独添加0.2%Zr时,Al-4Cu-1.5Mg合金组织细化效果较好,合金的铸态抗拉强度和屈服强度分别为214.1MPa和178.5MPa,伸长率为3.2%。Zr元素除部分固溶在基体中外,还有一部分形成Al3Zr相,成为异质形核核心,从而有效改善合金枝晶组织及力学性能。复合添加0.4%Sc和0.2%Zr时,Al-4Cu-1.5Mg合金的组织细化效果较好,其铸态抗拉强度、屈服强度及伸长率均达到极大值,与未添加钪锆的合金相比,抗拉强度提高了55.3%,伸长率提高了近三倍。Sc、Zr除部分固溶在α-Al基体外,其余以Al3(Sc,Zr)粒子的形式存在。试验还得出:Al-4Cu-1.5Mg-0.2Zr合金最佳均匀化制度为420℃×8h+490℃×16h,其后的热处理工艺为493℃×20min(固溶)+水淬+165℃×2h(时效)。热处理后,合金的抗拉强度和屈服强度分别提高84.5%和79.3%。Al-4Cu-1.5Mg-0.5Sc和Al-4Cu-1.5Mg-0.4Sc-0.2Zr的最佳均匀化制度分别为350℃×8h+490℃×16h和420℃×8h+490℃×16h,两种合金均匀化后经493℃×20min(固溶)+水淬+165℃×2h(时效)热处理后,力学性能均得到有效改善。热处理后,Al-4Cu-1.5Mg-0.5Sc合金的抗拉强度和屈服强度分别提高了50%和30.6%,伸长率达原来的六倍多;Al-4Cu-1.5Mg-0.4Sc-0.2Zr的抗拉强度也提高了45.5%,伸长率提高了一倍多。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章 绪论  11-26
  1.1 Al-Cu-Mg系合金研究及应用状况  11-12
    1.1.1 国外Al-Cu-Mg 合金的发展概况  11-12
    1.1.2 国内Al-Cu-Mg 合金的发展概况  12
  1.2 Al-Cu-Mg系合金的相变特征  12-15
  1.3 Al-Cu-Mg合金的主要组元及其作用  15-18
    1.3.1 主合金化元素  15
    1.3.2 微量添加元素  15-17
    1.3.3 杂质元素  17-18
  1.4 Al-Cu-Mg合金的应用及加工性能  18-19
    1.4.1 Al-Cu-Mg 合金的应用  18
    1.4.2 Al-Cu-Mg 合金的加工性能  18-19
  1.5 含钪铝合金的国内外发展概况  19-22
    1.5.1 含钪铝合金的发展  19-20
    1.5.2 钪与铝合金中部分合金元素的相互作用  20-22
  1.6 Zr 元素的基本性质及在铝合金中的作用机理  22-24
    1.6.1 Zr 元素的基本性质  22
    1.6.2 Zr 元素在铝合金中的存在形式  22
    1.6.3 Zr 元素在铝合金中的作用机理  22-24
  1.7 Sc、Zr复合合金化的研究状况  24
  1.8 本课题研究的内容及意义  24-26
第二章 实验材料、设备及实验方法  26-30
  2.1 合金成分设计  26
  2.2 实验设备  26-27
    2.2.1 熔炼设备  26
    2.2.2 图像分析设备  26-27
    2.2.3 力学性能实验设备  27
  2.3 实验方法  27-30
    2.3.1 熔炼工艺  27
    2.3.2 金相试样的制备  27
    2.3.3 试棒均匀化处理  27-28
    2.3.4 固溶处理制度的优化  28
    2.3.5 时效处理制度的优化  28-29
    2.3.6 拉伸试验  29-30
第三章 微量元素Sc 对Al-Cu-Mg 合金显微组织与力学性能的影响  30-38
  3.1 引言  30
  3.2 Sc 对Al-Cu-Mg 合金微观组织形貌的影响  30-33
  3.3 Sc 在Al-Cu-Mg 合金中的存在形式及组成相的分析  33-35
  3.4 微量元素Sc对Al-4Cu-1.5Mg 合金力学性能的影响  35-38
第四章 微量元素Zr 对Al-Cu-Mg 合金显微组织与力学性能的影响  38-44
  4.1 引言  38
  4.2 微量元素Zr对Al-Cu-Mg 合金微观组织形貌的影响  38-40
  4.3 Zr 在Al-Cu-Mg 合金中的存在形式及组成相分析  40-42
  4.4 微量元素Zr对Al-Cu-Mg 合金力学性能的影响  42-44
第五章 Sc、Zr 复合微合金化对Al-Cu-Mg 合金显微组织与力学性能的影响  44-53
  5.1 引言  44
  5.2 Sc、Zr 复合微合金化对Al-Cu-Mg合金显微组织的影响  44-47
  5.3 钪锆在Al-Cu-Mg合金中的存在形式  47-49
  5.4 钪锆复合对Al-Cu-Mg合金拉伸力学性能的影响  49-53
第六章 钪锆微合金化Al-Cu-Mg 合金的热处理研究  53-69
  6.1 引言  53
  6.2 Al-4Cu-1.5Mg-0.2Zr 合金的热处理研究  53-63
    6.2.1 均匀化处理  53-54
    6.2.2 固溶处理  54-58
    6.2.3 时效处理  58-61
    6.2.4 Al-4Cu-1.5Mg-0.2Zr 合金热处理各个时期组织及性能的变化  61-63
  6.3 Al-4Cu-1.5Mg-0.5Sc合金的热处理研究  63-65
    6.3.1 均匀化处理  63-64
    6.3.2 T6 热处理  64-65
  6.4 Al-4Cu-1.5Mg-0.4Sc-0.2Zr 合金的热处理研究  65-66
    6.4.1 均匀化处理  65-66
    6.4.2 T6 热处理  66
  6.5 热处理对单独及复合添加Sc、Zr 元素的铝铜镁合金显微组织及力学性能的影响  66-69
    6.5.1 热处理对单独及复合添加Sc、Zr 元素的铝铜镁合金显微组织的影响  66-68
    6.5.2 热处理对单独及复合添加Sc、Zr 元素的铝铜镁合金力学性能的影响  68-69
第七章 结论  69-71
参考文献  71-75
在学研究成果  75-76
致谢  76

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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 > 热处理 > 有色金属及其合金的热处理 > 铝及其合金的热处理
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