Er、Zr微合金化对铸造Al-Si-Cu-Mg合金组织与性能的影响

摘要

铸造铝合金具有良好的铸造性能和综合力学性能，在所有铸造铝合金中，种类最多，用途最为广泛的是铸造Al-Si合金，其广泛应用于工业、航空、交通运输等领域。随着经济与社会的发展，各行业对铝合金的力学性能、耐蚀性能等提出了更高的要求，而合金化正是改善铝合金性能的重要途径，本文通过向铸造Al-Si-Cu-Mg合金中加入Er元素和Zr元素，以达到改善合金组织和增强合金综合性能的目的。
　　本文是在ZL106合金的基础上，复合添加不同含量的Er与Zr，并将熔炼出来的合金进行T5、T6、T7三种不同的热处理工艺，分别探究复合加入Er和Zr后，不同成分的合金在铸态、T5、T6、T7态下显微组织、力学性能、耐腐蚀性能发生的变化，从中优化最佳的合金成分，研究结果如下:
　　根据对铸态合金进行力学性能测试的结果可知，在铸态下复合加入Er与Zr对合金硬度、抗拉强度、断后伸长率的提升效果并不明显，铸态合金的拉伸断口主要表现为解理断裂的形式，添加Er元素和Zr元素都可以在一定程度细化组织，形成少量的强化相。然而，当Er元素加入量达到0.35％时，合金的力学性能明显下降，此时Er元素已经添加过量。因此，Er元素加入量应该低于0.35％。
　　各不同成分的合金经过T5、T6、T7处理后，合金的基体组织得到明显改善，更趋向于圆化、细化。经时效处理后，复合添加Er与Zr能够明显地提高合金的硬度、抗拉强度及耐腐蚀性能。经过对时效态合金的拉伸断口形貌分析，此时合金表现出韧性断裂的特征，Er与Zr复合添加时，合金韧性断裂的特征更为明显。
　　将实验所得的各项数据进行对比，复合添加Zr、Er比单独添加更能够提高铸造Al-Si-Cu-Mg合金的强度、硬度、塑性和耐腐蚀性能，并能很好地优化合金的组织。当复合添加0.25％Zr+0.25％Er时，合金的综合力学性能达到最佳匹配，耐腐蚀性能也最好。总之，复合添加0.25％Zr+0.25％Er是本论文最佳的合金成分设计。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 铸造铝合金

1．1．1 铝及铝合金简介

1．1．2 铝合金的分类及其特点

1．1．3 铸造铝合金的特点

1．2 铸造铝合金的强化

1．2．1 合金化

1．2．2 细晶强化及变质处理

1．2．3 热处理工艺

1．2．4 铸造铝合金热处理工艺的类型

1．3 Zr在铝合金中的作用

1．3．1 Zr在铝合金中的存在形式

1．3．2 Zr对铝合金性能的提升

1．4 Er在铝合金中的作用

1．4．1 Er在铝合金中的存在形式

1．4．2 Er对铝合金性能的提升

1．5 本课题研究的意义

1．6 研究内容

第二章 铸造铝合金的制备和实验方法

2．1 合金成分的设计

2．2 合金的熔炼

2．3 合金的分析方法

2．3．1 金相分析

2．3．2 扫描电镜观察及能谱分析

2．3．3 差热分析

2．4 热处理工艺

2．5 合金的性能测试

2．5．1 拉伸力学性能测试

2．5．2 硬度测试

2．5．3 腐蚀性能测试

第三章 Er和Zr对铸态合金组织和性能的影响

3．1 Er和zr对铸态合金力学性能的影响

3．2 Er和Zr对合金铸态组织的影响

3．2．1 铸态合金的金相组织分析

3．2．2 铸态合金的扫描电镜观察和能谱分析

3．3 铸态合金的拉伸断口形貌分析

3．4 本章小结

第四章 Er和Zr及热处理工艺对合金组织和性能的影响

4．1 固溶处理对合金显微组织的影响

4．1．1 固溶态合金的金相组织分析

4．1．2 固溶态合金的扫描电镜观察和能谱分析

4．2 Er和Zr及时效处理对硬度的影响

4．2．1 不同含量的Er和zr对硬度的影响

4．2．2 不同的时效工艺对硬度的影响

4．3 Er和Zr及时效处理对拉伸性能的影响

4．3．1 不同含量的Er和Zr对拉伸性能的影响

4．3．2 不同的时效工艺对拉伸性能的影响

4．4 时效态合金的断口形貌分析

4．5 时效态合金的金相组织分析

4．6 时效态合金的扫描电镜观察和能谱分析

4．7 合金的腐蚀性能测试

4．8 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

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