Al-Mg-Si系合金组织性能

【摘要】：Al-Mg-Si 系合金密度低、耐腐蚀、焊合性好,具有良好的综合机械性能。本文在Al-Mg-Si 系铝合金基础之上,调整合金元素和过渡族元素,改进其组织和性能,开发出一种适合舰载飞机的中强、耐蚀铝合金。本文研究的主要结果如下: 正交实验表明,Cu 和Si 对Al-Mg-Si 系合金的强化效果最显著,Mg 次之,而稀土La 对强化不起作用。 采用电子探针、EDS 分析和TEM 组织观察,得出含微量元素的Al-Mg-Si-Cu 系合金-T6 的时效析出相有:β(Mg2Si)相、θ(CuAl2)相和S(CuMgAl2)相,弥散相和夹杂相有α(AlFeSi)、β(AlFeSi)、AlMnFeSi、AlCrFeSi 和ZrAl3等。 系统地研究了Cu、Si、Mg 和Mn 含量变化对Al-Mg-Si 系合金组织性能的影响。结果表明:Cu 含量增加可明显提高合金的强度和硬度,但塑性下降。Cu 含量增加,合金中的主要时效强化相θ”的数量相对增加;因含CuAl2相的共晶组织熔点较低,合金的过烧敏感倾向增加;合金的沿晶断裂倾向增加。Si 加快合金的硬化速度,合金中的针状β”相的析出密度随其含量增加而增大,合金显著强化,但含量过高时合金中析出较多的单晶Si,合金的强度和塑性明显下降。Mn 含量增加,增加了粗大夹杂相α(AlMnFeSi)的数量,合金的强度降低。同时,系统研究一些过渡族元素对Al-Mg-Si 系合金组织性能的影响。结果表明:Cr 和Ti 减少了铸态组织中粗大含Fe 杂质相β(Al9Fe2Si2)的数量,促进了尺寸较小、形状较利于变形的α(Al12(Fe,Cr)3Si)相的形成,增加了含Fe 弥散相的体积分数。Mn 和Zr 同时添加对再结晶的抑制效果最显著,提高合金的再结晶温度,再结晶晶粒细化。Cr和Ti 对合金的时效特性基本没有影响,添加0.3%Mn 和0.08%Zr 的硬化效果最显著。添加Ag 和Zn 后合金的显微组织发生了明显不同的变化,使合金同时具有高密度细小的晶内析出相(T6 组织的特征)和较大、不连续分布的晶界析出相(T7 组织的特征)。微量的Cr、Ti、Mn 和Zr 提高合金的塑性,Cr 和Ti 对强度影响不大,但适当含量的Mn 和Zr 可提高合金强度。 均匀化研究表明:少量的Mn可明显加快均匀化过程中片状的β-AlFeSi相向较小的、粒状α-AlFeSi 相的转变,转变过程中涉及到Fe/Si 比的增加和第二相颗粒的细化。实验合金在570℃均匀化空冷过程中析出粗大的β’相,在急冷中没有观察到。 变形行为研究表明:实验合金在峰时效状态(170℃×7h)和过时效状态(170℃×32h)状态下的应变硬化指数n 值较低,合金的塑性较低。添加微量元素后,合金的断口由细小且深的韧窝组成,断裂方式由沿晶断裂转变为穿晶断裂。提出了断裂应变εf与第二相