3104铝合金大扁锭组织特性及均匀化处理研究

摘要

3104铝合金具有强度高、耐腐蚀性强、成型性能好等优点，大量用作易拉罐罐体材料。为了节省材料，降低成本，铝罐板材厚度不断减小。随着板材厚度的不断减小，对合金铸锭的冶金质量要求越来越高，要严格控制合金中存在的粗大化合物粒子、夹杂、疏松、气孔等缺陷的数量、尺寸、形貌、分布等。对于变形铝合金来说，铸锭的变形性能受到其组织状态的直接影响，而且这种影响将遗传至后面的加工工序和最终制品的性能。铸锭进行热加工以后，虽然其组织发生演变，但合金元素的微观不均匀性不能彻底消除。铸锭若未经均匀化退火，最终制品的性能会受到枝晶偏析和第二相的严重影响。为此，针对中国铝业青海分公司3104铝合金大扁锭中存在的冶金质量问题，重点对3104铝合金大扁锭的第二相特性、铸造缺陷及形成机理、均匀化处理制度、第二相析出行为及均匀化动力学进行了研究，为制定合理的熔炼铸造和均匀化退火工艺提供实验指导。
　　 采用光学金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)研究了3104铝合金大扁锭中的第二相特性与铸造缺陷。合金大扁锭铸态中第二相主要有Al6(MnFe)和(Al、Mn、Fe、Si)四元相以及少量Mg2Si和富Si相。合金大扁锭中存在的缺陷主要有疏松、夹杂、气孔及Mn、Fe的偏析。夹杂和残留的氢是引起大扁锭中产生疏松的主要原因，且这些夹杂主要是合金在熔炼和铸造过程中产生的氧化物、富Ti和富Si的金属间化合物以及残留熔剂。
　　 采用OM、SEM、TEM对合金的均匀化处理制度及第二相析出行为进行了研究，优化了均匀化退火制度。合金适宜的均匀化制度为600℃/12h，与均匀化动力学分析得出的结果基本吻合。合金在均匀化过程中，部分初生的Al6(MnFe)相转变为α-Al12(MnFe)3Si相，且有富Mn的粒子从基体中析出，随着均匀化温度的升高，富Mn粒子的析出量先增大后减小，450℃时最大。在600℃下进行均匀化时，随着保温时间的延长，析出的富Mn粒子的数目逐渐减少，尺寸逐渐变大。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 变形Al-Mn系合金概述

1．1．1 变形Al-Mn系合金的研究现状

1．1．2 变形Al-Mn系合金的应用现状

1．2 Al-Mn系合金的组织与力学性能

1．2．1 Al-Mn系合金的组织

1．2．2 Al-Mn系合金的力学性能

1．3 铸锭质量要求及其主要缺陷

1．3．1 铸锭质量的基本要求

1．3．2 铸锭主要缺陷

1．4 铸锭均匀化处理

1．5 本文的研究目的与内容

第二章 实验材料与实验方法

2．1 实验合金材料

2．2 实验方法

2．2．1 均匀化退火

2．2．2 X射线衍射物相分析

2．2．3 金相组织观察

2．2．4 扫描宅镜组织观察与能谱分析

2．2．5 透射电镜组织观察

第三章 3104铝合金大扁锭组织特性研究

3．1 3104铝合金大扁锭铸态中第二相特性研究

3．2 3104铝合金大扁锭中主要铸造缺陷的研究

3．2．1 3104铝合金扁铸锭中疏松与夹杂的金相分析

3．2．2 3104铝合金大扁锭中疏松与夹杂的扫描电镜分析

3．2．3 3104铝合金大扁锭中气孔分析

3．2．4 3104铝合金大扁锭中元素的偏析分析

3．3 讨论

3．3．1 3104铝合金中主要元素的作用

3．3．2 铝合金中的夹杂

3．3．3 铝合金中的气体与疏松

3．3．4 铝合金熔体中气体与非金属夹杂的相互作用

3．4 本章小结

第四章 3104铝合金大扁锭均匀化退火制度及析出行为研究

4．1 均匀化处理对合金铸锭初生第二相的影响

4．1．1 均匀化温度对3104铝合金大扁锭初生第二相的影响

4．1．2 均匀化时间对3104合金大扁锭初生第二相的影响

4．1．3 均匀化过程中初生第二相的转变

4．2 均匀化处理对析出行为的影响

4．2．1 均匀化处理对3104合金电导率的影响

4．2．2 均匀化处理对3104合金析出相的影响

4．3 3104合金均匀化前后的XRD物相分析

4．4 分析与讨论

4．4．1 均匀化退火时的组织变化

4．4．2 均匀化退火工艺参数的制定

4．4．3 均匀化动力学分析

4．5．4 均匀化处理制度对合金第二相析出行为的影响

4．6 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的科研成果