受控扩散凝固制备7075铝合金微观组织及力学性能研究

摘要

7075铝合金属于Al-Zn-Mg-Cu系高强度变形铝合金，主要应用于航空航天领域。但7075铝合金铸锭的宏观偏析和热裂倾向严重，塑性加工也较为困难。通过细化晶粒可以改善铝合金铸锭组织的偏析、减少铸件的热裂倾向和提高塑性变形能力。由于受控扩散凝固制备的浆料初生α-Al具有细小均匀的非枝晶形态，因而其补缩效果好，从而可以减小热裂和缩松等缺陷的生成。并且受控扩散工艺简单，对于降低7系铝合金生产成本，提高铸件质量有重大的意义。本文采用受控扩散凝固的方法来制备7075铝合金，研究了不同母合金成分（混合比）与不同混合温度对7075铝合金凝固组织中初生α-Al相尺寸形貌及分布的影响，并进一步研究了CDS技术和传统铸造技术对7075铝合金凝固组织中初生α-Al相和共晶相的形貌以及合金元素在各相中的分布，然后对不同参数制成的标准试样进行拉伸测试，并观察断口的微观形貌。
　　本研究主要内容包括：⑴当母合金混合比例为1:1且浇铸温度为637℃时，混合后能够得到最佳的合金组织，其初生α-Al平均尺寸达到91.70μm，形状因子达到2.56。相同混合温度下Al-Zn-Mg-Cu母合金中Zn-Mg-Cu含量越低细化效果越好。在相同混合成分和混合比浇铸时，混合温度越低其初生α-Al越细小圆整。⑵采用CDS技术制备得到的7075铝合金缩松和缩孔较少，其生成的初生α-Al相为类球状组织，并且比传统铸造的晶粒尺寸小。⑶传统铸造中各元素的含量在晶粒与晶界处有明显的变化，而CDS中各元素的含量在晶粒与晶界处变化比较平缓。Zn、Mg和Cu元素的原子在第二相粒子和共晶组织中有明显的富集现象。其中Cu的偏析最严重，Zn元素偏析次之，Mg的偏析最小。⑷传统铸造共晶组织形貌以层片状为主，而CDS中的共晶组织中有大量的棒条状共晶。含有大量棒条状共晶组织的CDS试样其抗拉强度和延伸率相比传统铸造的试样均有所提高。⑸当采用CDS技术时，所有的试样的组织的初生α-Al相的平均晶粒尺寸和形状因子都小于传统铸造的，随着平均晶粒尺寸和形状因子的减小，试样的抗拉强度增大。⑹铝合金断裂按照断口形貌和拉伸曲线可以分为三个不同的阶段。通过对其断面微观形貌进行分析，结合位错及相关知识探讨在局部正应力下位错对断口形貌的影响，对7075铝合金通过细化晶粒提高其力学性能有一定的参考价值。

目录

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附表索引

第1章 绪论

1.1 7075铝合金简介

1.2 受控扩散凝固技术的发展及研究现状

1.3 本文的研究意义及研究内容

第2章 实验过程及实验方案

2.1 实验材料及主要设备

2.2 实验方案

2.3 实验过程

2.4 组织分析方法与评定

第3章 不同混合比和混合温度对CDS制备7075铝合金微观形貌的影响

3.1 引言

3.2 CDS制备7075铝合金浆料

3.3 分析与讨论

3.4 本章小结

第4章 CDS对制备7075铝合金微观组织的影响

4.1引言

4.2 传统铸造和CDS制备7075铝合金组织的凝固态组织

4.3 分析与讨论

4.4 本章小结

第5章 传统铸造和CDS制备7075铝合金力学性能的对比

5.1 引言

5.2 传统铸造和CDS对7075铝合金抗拉强度的影响

5.3 分析与讨论

5.4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文