5052基铝合金中第二相的动态析出和结构表征

摘要

5XXX铝合金为不可热处理强化型合金，具有低密度、高的比强度与比刚度、优良的耐蚀性、焊接性和易于加工成形等优点，成为了交通运输行业的理想材料。尤其是交通工具轻量化的要求，对铝合金的需求日益增加，性能要求更高。第二相在铝合金变形过程中的动态析出对铝合金成型性能有着至关重要的影响。深入研究不同状态下第二相形貌、分布以及变形过程中的析出行为是非常必要的。
　　5052铝合金是5XXX铝合金中应用最广的合金之一。本文以5052铝合金作为基础合金，复合添加Er、Zr，分别单独添加Sr与Cu进行合金化，采用光学显微镜（OM）、差热分析（DSC）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、能谱分析（EDS）、热力模拟试验机（Gleeble-3500）等实验手段对5052、5052-Er、5052-Sr和5052-Cu四种合金不同状态下的组织及性能进行了较为系统的研究，以期控制5052铝合金中第二相的析出。
　　研究结果表明，5052、5052-Er、5052-Sr铝合金铸态组织均由α-Al基体和针状、汉字状的第二相组成，第二相尺寸超过100μm，且存在大量的枝晶组织；5052-Cu铝合金铸态组织中除α-Al基体外，第二相主要以颗粒状存在。三种合金化方式都在一定程度上改善了合金的铸态组织，其中Er（Zr）、Cu元素的作用更为明显。是因为Er在铝合金中除了以固溶原子存在于基体外，在凝固过程中会形成Al3Er相，作为非匀质形核核心，细化晶粒，净化熔体；Cu主要改变了铸态组织中第二相的成分与形貌。
　　对合金进行适当的均匀化热处理后，第二相形貌、尺寸、成分都发生了变化。5052、5052-Er、5052-Sr合金中第二相得到明显的细化，析出了少量颗粒状第二相；5052-Cu合金中颗粒状第二相大量回熔，大量Mg、Cu原子固溶于基体中，可在后续加热过程中以S（Al2CuMg）相析出。
　　对均匀化态5052基铝合金进行热模拟等温拉伸实验。研究发现，Cu的添加显著提升5052铝合金的热拉伸强度。5052-Cu合金在拉伸温度为100℃、拉伸速率为0.01 mm﹒s-1与拉伸温度为250℃、拉伸速率为0.1或0.01 mm﹒s-1时，其应力应变曲线上出现了由动态应变时效（DSA）引起的锯齿波动现象。
　　对5052-Cu铝合金进行热模拟非等温拉伸实验。结果表明，在拉伸速率为0.01 mm﹒s-1、升温速率为0.25℃﹒s-1时，合金的拉伸曲线出现了类似于等温拉伸的锯齿波动现象，同为动态应变时效引起。当升温速率和拉伸速率增加，合金的拉伸曲线上出现了较长的“屈服”平台。对不同状态下的拉伸试样进行组织观察，研究表明，合金中出现的“屈服”平台是由合金在变形过程中动态析出的S相导致。
　　对5052-Cu合金进行等温热压缩实验。结果表明热压缩的流变应力，随着温度和应变速率的增加而增加。显微组织观察发现，470℃等温压缩后出现了动态再结晶晶粒，随着应变速率的降低，动态再结晶晶粒比例增加，当应变速率为0.001 s-1时，发生了完全动态再结晶；高应变速率（0.1 s-1）下的合金中存在高密度的位错，破碎形成的第二相更为细小，并有杆状相破碎形成了纳米级颗粒相，有效阻碍了合金的动态再结晶。

目录

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目录

1绪论

1.1 5XXX铝合金研究现状

1.2 5XXX铝合金的微合金化介绍

1.3铝合金中第二相的研究现状

1.4课题研究目的与意义

1.5 课题的研究内容与方案

2 实验材料与方法

2.1 实验材料制备

2.2 合金显微组织分析

2.3 热处理实验

2.4 热模拟实验

3 5052基铝合金铸态组织分析

3.1 5052基铝合金铸态光学显微组织分析

3.2 DSC实验结果

3.3 XRD实验结果

3.4 5052基铝合金铸态组织的相组成

3.5 本章小结

4 5052基铝合金均匀化态组织

4.1 5052基铝合金均匀化态光学显微组织

4.2 5052基铝合金均匀化态相组成

4.3 5052基铝合金均匀化态DSC差热分析

4.4 5052基铝合金均匀化态TEM分析

4.5 本章小结

5 5052基铝合金热模拟拉伸实验

5.1 5052基铝合金热拉伸实验结果

5.2 5052基铝合金热模拟拉伸试样组织分析

5.3 分析与讨论

5.4 本章小结

6 5052-Cu铝合金热压缩试验

6.1 5052-Cu铝合金高温压缩的真应力-真应变曲线

6.2 5052-Cu铝合金高温压缩态光学组织观察

6.3 5052-Cu铝合金高温压缩试样TEM分析

6.4 分析与讨论

6.5 本章小结

7 结 论

致谢

参考文献

附录 作者在攻读学位期间发表的论文目录