铸造AlSi系合金的时效强化效应

摘要

本文通过使用万能材料实验机、热分析仪(DSC)、光学金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)等多种测量手段，对AlSi系合金的时效行为进行了研究。首先对Al-7Si合金的微合金化影响进行了判定性实验，在此基础上进一步研究了Al-7Si-0.55Mg合金的时效硬化行为和时效析出行为，并对时效过程进行了解释。研究了ZL114合金中的Ti元素和Mg元素对时效行为的影响。对不同凝固速度及不同热处理条件下ZL114合金的时效硬化效应进行了实验。 1.Mg、Sb、Mn、Ti、Zr、Zn、Sn、Cu八种元素的微合金化对Al-7Si合金的组织和性能有较大的影响。添加Ti、Zr、Cu合金元素能明显地细化合金基体组织，提高合金的铸态硬度，且表现出了一定的时效硬化特征；Mn对Al-7Si合金的时效热处理强化作用影响不大；Al-7Si-0.3Sb合金中的Sb对合金中的共晶硅起变质作用，得到细小的短杆状的共晶硅；添加Zn、Sn元素后，合金中出现大片枝晶组织；添加Mg元素后，Al-7Si合金表现出很明显的时效硬化效应，DSC分析测量了由非平衡态向平衡态转变SSS→β相的转变焓为3.776J/g。 2.Al-7Si-0.55Mg合金表现出较好的时效硬化特征。该系合金时效沉淀过程为：过饱和固溶体-Mg/Si原子聚集区——平衡相，Mg的组织变化对时效过程产生重要的影响。在AlSiMg系合金中添加Ti，形成Al<,3>Ti相，使得合金的时效峰值提前，并且峰值强度提高。 3.首次测量了Al-7Si-0.55Mg合金在175℃等温过程中的DSC曲线，在160min～210min发生放热反应，转变潜热为3.296J/g，对比升温过程中SSS转变为p相的相变潜热(3.776J/g)，说明175℃时效硬化时SSS没有完全转变为β相，而是过渡相。 4.ZL114中Mg含量越高，时效过程中合金的相变潜热也随之增大，合金到达时效峰值的时间延长；Mg含量越高，合金时效过程中单位面积内的强化相密度越大，时效峰值硬度越大。 5.ZL114合金在凝固时表现出很强的壁厚效应，壁厚越小，冷却速度越快，铸件晶粒组织越细化，α枝晶的二次枝晶间距(DAS)越小，合金硬度值越高，但是对时效硬化规律性行为影响较小。 6.在不过烧的前提下，固溶温度越高，ZL114合金时效硬化的效果越好；200℃时效硬化曲线的变化规律和175℃时效的相似，但175℃时效硬化效果较好，300℃的时效过程中未见明显的时效硬化现象。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1研究背景

1.2微合金化对AlSi系合金影响的研究现状

1.3合金的强化方法

1.4AlSiMg系合金时效的研究进展

1.4.1时效力学性能表征

1.4.2显微组织表征

1.4.3时效机理

1.4.4时效热力学

1.4.5时效动力学

1.5选题意义及研究方向

1.5.1研究意义

1.5.2研究路线

1.5.3创新点

第二章实验原理与方法

2.1试验材料

2.2合金化过程

2.2.1合金的熔铸

2.2.2热处理条件

2.3微观机理研究

2.3.1力学性能实验

2.3.2DSC实验

2.3.3显微组织分析实验

2.3.4成分分析实验

第三章Al-7Si合金微合金化的研究

3.1金相组织

3.2微合金化后的Al-7Si合金硬度测量

3.3热分析研究

3.4小结

第四章Al-Si-Mg合金的时效强化效应

4.1 AlSiMg系合金的时效行为研究

4.1.1 Al-7Si-0.55Mg合金的时效硬化行为

4.1.2 Al-7Si-0.55Mg合金的时效析出行为

4.1.3 Al-7Si-0.55Mg合金的DSC分析

4.2合金元素Ti对AlSiMg合金的影响

4.2.1 Ti元素对合金显微组织的影响

4.2.2 Ti元素对合金时效硬化行为的影响

4.3不同镁含量对ZL114合金的影响

4.3.1 DSC分析

4.3.2力学性能分析

4.3.3金相分析

4.4小结

第五章凝固条件及热处理状态对ZL114合金时效效应的影响

5.1冷却速率对ZL114合金时效行为的影响

5.1.1铸件的壁厚效应

5.1.2冷却速率对合金时效硬化曲线的影响

5.2热处理状态对ZL114合金时效效应的影响

5.2.1固溶温度对ZL114合金时效行为的影响

5.2.2时效温度对ZL114合金时效行为的影响

5.3小结

第六章结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文情况