Al-xCu-yMg-0.2Zr-0.1Sr-0.6Ti铝合金及其挤压铸造SiCw增强复合材料的制备与组织性能研究

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Al-Cu-Mg系铝合金作为航空和武器装备领域中的核心材料,提高其在服役环境时的强度硬度、延展性和抗晶间腐蚀性能一直以来都是研究热点,而以Al-Cu-Mg为基体的铝基复合材料更是具备单一合金无法具备的综合性能,具有非常大的研究潜力。基于综述合金及复合材料的强化方法及基理,本文以传统2124铝合金的成分为基础,增加其中的Cu的含量并在精简其他成分的基础上以Zr、Sr、Ti合金化制备了Al-5.6Cu-1.7Mg-0.2Zr-0.1Sr-0.6Ti铝合金,研究了固溶制度对该新型合金组织性能的影响,并在此基础上调整Cu、Mg元素的含量(Cu含量分别为5.6wt.%、4.4wt.%、6.5wt.%,Mg含量分别为1.7wt.%、1.7wt.%、2.5wt.%),分析了Al-xCu-yMg-0.2Zr-0.1Sr-0.6Ti铝合金成分和时效制度对合金组织性能的影响,从中挑选出性能较佳的铝合金制备出其复合材料,初步探索SiCw增强复合材料的组织性能关系。从而,不仅为Al-Cu-Mg合金的强韧化发展提供理论基础和实验参照,也为推动Al-Cu-Mg基复合材料能在生活中广泛应用提供工艺技术支撑。本文完成的主要工作和获得的主要结果如下:(1)研究了4种不同的固溶制度480℃×2h+490℃×2h,490℃×2h+500℃×2h,500℃×2h+510℃×2h,510℃×2h+520℃×2h对新型Al-5.6Cu-1.7Mg-0.2Zr-0.1Sr-0.6Ti铝合金组织和性能的影响。研究表明:随着固溶温度的升高,合金中的晶粒逐渐变大,当固溶温度低于520℃时,合金中的未溶相的数量和尺寸随着固溶温度的升高而减小,当固溶制度为510℃×2h+520℃×2h时,合金中的未溶相开始增多,合金出现轻微过烧,但拉伸强度最高,达到了490.14MPa,合金中的位错强度和位错贡献值随着固溶温度的升高而减小。合金几乎都在T6时效制度下12h达到峰时效,而在T6状态下,490℃×2h+500℃×2h和500℃×2h+510℃×2h固溶制度下的合金强度和断后伸长率等力学性能和抗晶间腐蚀性能都较优,所以490℃×2h+500℃×2h和500℃×2h+510℃×2h的固溶制度是最适合Al-5.6Cu-1.7Mg-0.2Zr-0.1Sr-0.6Ti合金的固溶制度。(2)研究了Al-xCu-yMg-0.2Zr-0.1Sr-0.6Ti在500℃×2h的固溶下合金成分以及三种时效制度T6:185℃×12h,T6I4:185℃×4h(水淬)+85℃×120h,T6I6:185℃×4h(水淬)+85℃×120h+165℃×12h对合金组织性能的影响,研究表明:当Cu/Mg为2.6且Cu含量为4.4wt.%时,合金中的未溶相最为细小,当Cu/Mg=2.6不变,提高Mg的含量后,合金中的未溶相变得粗大,晶粒粗化,合金性能显著降低,说明合金中Cu、Mg含量不宜过高。Cu/Mg为3.3时,与T6相比,T6I4和T6I6强度逐渐提高,但塑性变化较小,T6I6下力学性能和抗晶间腐蚀性能都较好,拉伸强度为475.5MPa,断后伸长率为19.8%,最大抗晶间腐蚀腐蚀深度为118.68μm。Cu/Mg为2.6时,T6I4时效对合金的强化效果最佳,合金在强度略有提升的基础上,塑性提升了66.18%~103.92%,但稍微降低了合金的抗晶间腐蚀性能,另外,Cu、Mg含量的升高会使合金的抗晶间腐蚀性提升。(3)研究了3组不同增强体纯SiCw、SiCw+SiO2、SiCw+SiO2+nm-Ti和Al-5.6Cu-1.7Mg-0.2Zr-0.1Sr-0.6Ti基体液相法挤压铸造成型的复合材料在T6:185℃×xh和T6I4:185℃×xh(水冷)+85℃×64h时效下组织性能的影响,研究表明:复合材料中纯SiCw增强体和基体内部结合最好,SiCw+SiO2复合材料内部有许多黑色的团聚。SiO2的引入对复合材料的位错强化提升不大,而nm-Ti可以极大地增加复合材料的位错贡献和位错强化值。复合材料的T6峰时效时间为1h,SiO2的引入极大地增加了复合材料的硬度,但是却降低了复合材料的室温压缩性能,T6峰时效时,SiCw+SiO2复合材料硬度达到350.37HV。在T6I4时效下,纯SiCw增强复合材料的室温压缩性能达到了1005.98MPa,压缩应变为7.29%。
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