铸造AlSiCuMg合金的分级时效研究

收稿日期:2007-07-14.基金项目:辽宁省优秀人才基金资助项目(2005221003).作者简介:李荣德(1960-),男,甘肃酒泉人,教授,博士生导师,主要从事铸造合金新材料、压铸等方面的研究.　材料科学与工程文章编号:1000-1646(2007)06-0642-04Zn 在AlSiCuMg 合金时效过程中的作用李荣德,张晓丽,李润霞(沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳110023)摘　要:研究了微量合金元素Zn 对高强度铸造合金Al 2Si 2Cu 2Mg 时效过程的影响.通过差热分析和透射电镜等分析测试方法表明:当锌的添加量在w (Zn )=011%～110%时,可提高合金的时效峰硬度,加快合金的硬化速度.当Zn 含量为015%时,合金的时效峰最高,当Zn 含量增大到w (Zn )=1%时,硬度有所降低,但仍高于无Zn 合金.通过DSC 和TEM 分析显示,微量的Zn 固溶于基体中,加快了亚稳相的析出,较早地形成了细小而密集的亚稳相,从而使合金获得了较高的峰时效硬度.关　键　词:Al 2Si 2Cu 2Mg 合金;锌;时效强化;差热分析;透射电镜中图分类号:TG 146 文献标识码:AE ffect of Zn in aging process of Al 2Si 2Cu 2Mg cast alloyL I Rong 2de ,ZHAN G Xiao 2li ,L I Run 2xia(School Materials Science and Engineering ,Shenyang University of Technology ,Shenyang 110023,China )Abstract :The influence of trace Zn on the aging process of high strength Al 2Si 2Cu 2Mg cast alloy was investigated.It is noted through DSC and TEM analysis that the addition of 011%to 110%Zn into the Al 2Si 2Cu 2Mg alloy can promote the age 2hardening process and increases the hardness of the alloy under the condition of peak aging.When the content of Zn is 015%,the highest hardness is obtained.With increasing the content of Zn to 1%,the hardness of the alloy decreases ,but is still higher than that of the alloy without adding Zn.The results of DSC and TEM analysis reveal that the addition of trace Zn promotes the precipitation of fine metastable phases and lead to the increase in hardness of the alloy.K ey w ords :Al 2Si 2Cu 2Mg alloy ;Sn ;Age 2hardening ;DSC ;TEM 铸造Al 2Si 2Cu 2Mg 合金具有高强度、低热膨胀系数、良好的铸造性能及耐磨性等特点,并广泛应用于制造活塞、汽缸体、汽缸盖和曲轴箱等铸件[1-2].国内外许多牌号铝合金都添加微量Zn 以改善性能.Zn 在同时添加有Mg 、Cu 、Si 等合金化元素的三元或四元铝合金中起重要作用,形成MgZn 2强化相,可显著提高铝合金的强度.在我国的Al 2Si 系合金Z L115、Al 2Cu 系合金Z L305等合金中都加有Zn ,因为Zn 可稍微提高合金的强度,但韧性有所下降.在Z L107A 中,Zn 的存在提高了Cu 的溶解速度和溶解度,提高了合金的塑性;在Al 2Si 2Cu 系合金中,Zn 可提高Cu 的溶解速度和溶解度,还可提高合金的塑性[3].Zn 在Al 中的溶解度非常大,当铝硅合金中含锌量大于6%时,组织中没有铝硅合金(如Z L102)那样的初生α枝晶.当含锌量增加到25%时,在富锌晶界处已看不见粗大的共晶硅.说明锌具有在钠变质条件下消除铝硅合金初生α固溶体相的作用,还有促进初生硅析出倾向的作用.用铝硅二元合金的共生理论解释,说明Zn 可使变质铝硅合金偏右的相图共生区(伪共晶区)向左扩大[4].第29卷第6期2007年12月沈　阳　工　业　大　学　学　报Journal of Shenyang University of TechnologyVol 129No 16Dec.2007当Al中加入的Zn大于10%时,能显著提高合金的强度,它的最大优点是不需热处理就能使合金强化.但这种合金抗蚀性能差,有应力腐蚀倾向,铸造时容易产生热裂.Zn在非Al2Zn系铝合金中的添加量控制在1%为好,因为超过1%,则抗蚀性能降低,并且凝固时收缩量也大,有助长裂纹的倾向.目前通过添加微量元素Zn提高合金热处理后性能的研究还不多,本文旨在通过DSC和TEM等方法,研究微量元素Zn对铸造Al2Si2Cu2 Mg合金热处理后力学性能和组织的影响.1　实验材料和方法纯Al和Al230Cu、Al227Si、Al210Mn、Al24Ti 中间合金在740℃加热熔清后,加入纯Mg和纯Zn,经六氯乙烷除气,三元钠盐变质处理后,在金属模中浇注成<12mm×60mm的试棒,实验用5种合金的化学成分见表1.试样在氮气保护固溶炉中(525±5)℃固溶12h,60～80℃温水水淬,淬火延迟时间小于10s.淬火处理后的试样在台式干燥箱中175℃时效处理1～24h.硬度试样的尺寸为<12mm×5mm,每个硬度值为6个测点的平均.依据标准G B145259制备的拉伸试样(<5mm×25mm),试样经(525±5)℃/12h固溶,175℃/5h时效处理后,在CSS255100型拉伸实验仪上测试抗拉强度和延伸率,拉伸速度为011mm/s,每个值取3个试验的平均值.表1　合金的化学成分T ab11Chemical composition of alloysNo1Si Cu Mg Zn Mn Ti Al1919811480148—01180120其余2919611530151011001180118其余31010211510149012501180119其余4919711500150015001190118其余51010111490151110001190119其余 在DSC实验中,将尺寸为<5mm×015mm 的圆片置于氮气保护下,540℃保温处理20min 后液氮淬火.随后立即在Perkin2Elmer7C型热分析仪上进行分析,试样从50℃加热至600℃,加热速度为10℃/min.TEM观察用试样从拉伸后的试样上获得,先在距断口1～2mm处线切割成015mm的薄片,机械减薄至30μm后,用20%硝酸+80%甲醇的电解液在-20℃下双喷减薄,在PHIL IPS EM400型透射电子显微镜上观察合金的显微组织.2　试验结果211　Z n对合金时效过程的影响图1为不同Zn含量合金的时效硬化曲线.由图1可以看出:每一条曲线皆呈现硬化双峰现象[5-6],合金元素Zn的添加显著提高了合金的峰时效硬度,同时也加快了合金的硬化速度.图1　实验合金175℃的时效硬化曲线Fig11　Age2hardening curves of alloys at175℃与No11合金对比可以看出,其他4条合金时效硬化曲线皆在其上方,也就是说,加Zn合金的硬度均高于不加Zn合金的硬度.在011%～015%范围内,随Zn含量的增加,时效硬度曲线逐渐提高,加Zn后合金(No14)的峰时效硬度由不加Zn合金(No11)的112MPa提高到了118MPa.但Zn对合金时效强化的这种促进作用也是随着Zn含量的增加先增大后降低.当Zn含量为015%时,合金的时效峰最高,而Zn含量增大到1%时,峰时效硬度反而有所降低.随Zn含量的增加,时效第一峰时间提前, No11合金时效第一峰值在6h出现,No12合金第一峰值为5h出现,而No14合金的第一峰值时间则提前到了4h.即加Zn后合金经过较短时间的时效处理就可以使硬度有较大幅度的提高.差示扫描量热仪能够跟踪时效硬化合金在连续加热过程中过饱和固溶体分解、GP区形成与溶解、中间沉淀相析出与溶解以及最终沉淀相析出与溶解等全过程,是一种分析合金的时效析出序列的有效手段.图2为No11合金和No15合金的DSC曲线.两条曲线上都出现了4个放热峰,这些放热峰的出现是由于在升温过程中不同类型时效沉淀相的析出所致.由以往的研究可346第6期李荣德,等:Zn在AlSiCuMg合金时效过程中的作用 知[1,7-8],Al 2Si 2Cu 2Mg 合金(No 11)DSC 曲线上的两个放热峰A 、B ,分别对应于GP Ⅱ区θ″相的形成、θ′过渡相的形成.在合金中加入了微量Zn 后,DSC 曲线上的放热峰A 提前出现,即放热峰A 出现温度降低,GP Ⅱ区θ″相的形成时间提前.放热峰B 无明显变化,即此范围内的Zn 不影响θ′过渡相的的形成.由此可说明微量元素Zn 明显加快了合金时效强化相(高密度GP Ⅱ区)的析出过程.图2　合金的DSC 曲线Fig 12　DSC curves of as 2quenched alloys during heating212　Z n 对合金显微组织的影响在Al 2S i 合金中加入Mg 、Cu 、Zn 元素,一方面能不同程度地溶入α固溶体中,使固溶体结构复杂化,提高合金的强度;更为重要的是,它们在合金中还能生成Mg 2S i 、Al 2Cu 、S (Al 2CuMg )、W (Al 4Mg 5Cu 4S i 4)等化合物相.它们在α固溶体中的溶解度随温度的下降而降低,经淬火(固溶化)和时效处理后,使合金的力学性能大大提高.图3为合金峰时效时不同析出相的形貌及其分布(对应第一个时效峰).峰时效时在枝晶内观察到非常细小而弥散分布的针状析出相(长度为10～20nm ),这些细小的析出物为GP 区.由这些析出相的尺寸和形貌判断它们是以GP Ⅱ区为主的GP 区.在以GP 区为主要强化相的合金中,基体沉淀相的强度低,因而位错能剪切析出物,基体容易产生共面滑移,形成强滑移带,造成位错在晶界堆积,随之产生较大的局部应力,此时强化主要来源于GP 区在基体中所引起的内应力以及位错穿过它们所引起的化学效应对位错的阻碍作用.在基体组织中除了这些细小的针状相,还观察到了一些尺寸更为细小的点状析出物(直径<5nm ),可以看到这些细小的相均匀地分布在合金的基体中.Al 2Si 2Cu 2Mg 合金中的主要时效脱溶相为θ和β序列[9-10]:α相→GP 区→θ″→θ′→θ相(Al 2Cu )和α相→GP 区→β″→β′→β相(Mg 2Si ).由DSC 和TEM 实验结果可知,Al 2Si 2Cu 2Mg 合金的时效强化主要来源于高密度GP Ⅱ区(θ″)和亚稳相(θ′)的强化.而微量元素Zn 对Al 2Si 2Cu 2Mg 合金的时效过程有着显著的影响,有效地促进了合金的时效析出过程.图3　合金的TEM 组织Fig 13TEM images of alloys a 1No 11合金175℃时效6h b 1No 14合金175℃时效4h3　结　论1)添加Zn 元素,可提高Al 2Si 2Cu 2Mg 合金的峰时效硬度,但当Zn 含量增大到w (Zn )=1%时,硬度反而降低.2)合金元素Zn 明显加快了合金时效强化相的析出过程,使Al 2Si 2Cu 2Mg 合金在较低温度发生相变.3)Zn 元素促进了GP Ⅱ区θ″相形成,进而加快了亚稳相析出,且亚稳相形态细小而弥散.参考文献:[1]K ang H G.Age 2hardening characteristics of Al 2Si 2Cu 2base cast alloy [J ].AFS Trans ,1999,27:507-514.[2]王金国,周宏,大成桂作,等.镍和锰对Al 2Si 2Cu 2Mg四元合金凝固组织和时效硬化的影响[J ].中国有色金属学报,2000(10):168-172.446 沈　阳　工　业　大　学　学　报第29卷(WAN G Jin2guo,ZHOU Hong,K eisaku Ogi,et al.E ffect of Ni and Mn on solidified microstructure and ag2ing hardening of Al2Si2Cu2Mg alloy[J].Trans Nonfer2 rors Met S oc China,2000(10):168-172.)[3]李德成,李玉胜.Z L107A高强度铸造铝合金成分的优化[J].铸造,1997(11):48-50.(L I De2cheng,L I Yu2sheng.Optimization of ingredient of Z L107A casting aluminum alloy[J].Foundry,1997(11):48-50.)[4]赵浩峰,王玲,刘旭东.锌对铝硅合金组织和性能的影响研究[J].特种铸造及有色合金,1994(2):5-7.(ZHAO Hao2feng,WAN G Ling,L IU Xu2dong.The effect of Zn on microstructure and properties of Al2Si al2 loy[J].Special Casting&Nonferrous Alloys,1994(2): 5-7.)[5]Li R X,Li R D,He L Z,et al.Age2hardening behaviorof cast Al2Si base alloy[J].Mater Lett,2004,58(15): 2096-2101.[6]李润霞,李荣德,杨秀英,等.高强度铸造AlSiCuMg合金时效性能的研究[J].铸造,2003,52(6):390-394.(L I Run2xia,L I Rong2de,Y AN G Xiu2ying,et al.Age hardening characteristics of high strength cast Al2Si2Cu2 Mg alloy[J].Foundry,2003,52(6):390-394.) 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第27卷　第4期2007年8月 航　空　材　料　学　报JOURNAL OF AERONAUTI CA L MATER I ALSVol 127,No 14　August 2007高纯A l 2C u 2M g 2Ag 合金的多级断续时效工艺研究张　坤,　戴圣龙,　黄　敏,　杨守杰,　颜鸣皋(北京航空材料研究院,北京100095)摘要:采用拉伸力学性能测试、透射电镜微观组织分析、扫描电镜断口分析等方法,研究高纯Al 2Cu 2M g 2Ag 合金多级断续时效工艺对合金力学性能及微观组织的影响。

结果表明,二级时效温度为室温和65℃时,合金强化效果主要来源于固溶强化和GP 区,时效时间对合金强度影响很小。

二次时效温度高于100℃时,合金的主要强化相由θ′相逐渐转变为Ω相。

适当延长时效时间可使合金获得最大的强化效果。

与T6I 4和T 6I6热处理工艺相比,采用185℃,20m in 预时效后水淬+150℃/25～50h 的多级断续时效工艺极大缩短热处理周期并简化工序,同时合金的强度水平与T6态相当,而塑性获得显著改善。

关键词:A l 2Cu 2M g 2Ag ;多级断续时效工艺;预时效;二次时效;Ω相中图分类号:T G146 文献标识码:A 文章编号:100525053(2007)0420001205收稿日期6282;修订日期6225作者简介张坤(6—),女,博士研究生,主要从事铝合金强韧化研究,(2)z 6@。

近年来,澳大利亚CS I RO 公司针对时效处理对A l 2Cu 2Mg 2Ag 系合金抗蠕变性能的影响作了较为系统研究[1～3]。

TE M 观察发现,A l 24Cu 20.3Mg 20.4Ag 合金欠时效态试样经20000h 的蠕变实验(150℃/300MPa )后,基体上一次析出相θ′减少,Ω相发生粗化,但同时在位错处发生细小θ′和S ′(S )的二次析出[3],从而补偿了由于主要强化相粗化而引起的强度下降。

精 密 成 形 工 程第16卷 第3期 188JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2024年3月收稿日期：2023-05-10 Received ：2023-05-10引文格式：张伟, 朱科杰. 高强Al-Mg-Si-Cu 铝合金的时效工艺研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(3): 188-194.ZHANG Wei, ZHU Kejie. Investigation on Aging Technology of High Strength Al-Mg-Si-Cu Aluminum Alloy [J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(3): 188-194.高强Al-Mg-Si-Cu 铝合金的时效工艺研究张伟，朱科杰（湖南中创空天新材料股份有限公司，湖南 岳阳 414000）摘要：目的 研究时效工艺参数对高强Al-Mg-Si-Cu 铝合金微观组织和力学性能的影响规律，以得到Al-Mg-Si-Cu 铝合金时效后最优的性能和微观组织。

方法 在不同时效处理工艺参数条件下，通过对Al-Mg-Si-Cu 铝合金时效处理后的硬度、电导率、室温力学性能进行测试与对比分析，并结合微观组织观察实验，分析了不同时效温度及时效时间对Al-Mg-Si-Cu 铝合金时效强化相及力学性能的影响规律。

结果 在不同时效温度条件下，经不同时效时间的时效处理后，Al-Mg-Si-Cu 铝合金的电导率随时效温度的升高和时间的延长而增大，当时效温度为170、180、190 ℃时，硬度和力学性能在时效时间为16、12、8 h 时达到峰值。

同时，当时效时间为8、12、16 h 时，Al-Mg-Si-Cu 铝合金的时效强化相分别是β''相、β'相和Q'相；在峰值时效和过时效工况下，Al-Mg-Si-Cu 铝合金的析出相均存在Q'相，该相对合金的强度具有明显的贡献。

AL-Mg-SI-Cu合金凝固与时效过程中微观结构演变的定量表征的开题报告题目：AL-Mg-SI-Cu合金凝固与时效过程中微观结构演变的定量表征一、研究背景AL-Mg-SI-Cu合金具有良好的力学性能和耐腐蚀性能，广泛应用于航空、航天、汽车和电子等领域。

在合金的制备和应用过程中，其微观结构演变和相变行为对其性能起着至关重要的作用，因此对其微观结构演变和相变行为的研究具有重要的意义。

二、研究目的本研究旨在开展对AL-Mg-SI-Cu合金凝固和时效过程中微观结构演变的定量表征研究，探究其结构演变机理，为其制备和应用提供科学依据。

三、研究内容1. AL-Mg-SI-Cu合金的制备和组织表征；2. AL-Mg-SI-Cu合金凝固时微观结构演变的原位实时观测和定量表征；3. AL-Mg-SI-Cu合金时效过程中微观结构演变的定量表征；4. 结合热力学计算和实验研究，探究微观结构演变机理。

四、研究方法1. 采用热分析、X射线衍射、扫描电镜等手段对合金的组织进行表征和分析；2. 利用原位实时观测技术、高分辨透射电镜等手段对AL-Mg-SI-Cu合金凝固时微观结构演变进行定量表征；3. 利用退火、时效等方法处理AL-Mg-SI-Cu合金，在一定时间内进行微观结构变化的定量表征；4. 结合热力学计算和实验研究，探究微观结构演变机理。

五、研究意义该研究可以为制备和应用AL-Mg-SI-Cu合金提供科学依据，为实现合金的性能优化和工业化生产提供理论基础。

六、研究进度安排1. 第一年：AL-Mg-SI-Cu合金的制备和组织表征；2. 第二年：AL-Mg-SI-Cu合金凝固时微观结构演变的原位实时观测和定量表征；3. 第三年：AL-Mg-SI-Cu合金时效过程中微观结构演变的定量表征；4. 第四年：结合热力学计算和实验研究，探究微观结构演变机理。

七、参考文献1. G. Liu, S. X. Song, C. H. Xu, L. X. Xie, H. M. Fu, and G. H. Lu, “Microstructure and mechanical properties of a high strength Al-Mg-Si-Cu alloy,” Materials Science and Engineering: A, vol. 527, no. 13-14, pp. 3150-3155, 2010.2. X. L. Wang, K. J. Wu, G. Q. Xu, M. Gao, K. W. Qian, and Y. Lu, “Effect of Mg/Si ratio on the precipitation kinetics in an Al-Mg-Si-Cu alloy,” Journal of Alloys and Compounds, vol. 513, pp. 371-377, 2012.3. Z. P. Liu, Z. Y. Ma, X. S. Wang, J. F. Li, and Y. Wang, “Effectsof cooling rate on microstructure and mechanical properties of Al-Mg-Si-Cu alloys,” Journal of Materials Science, vol. 44, pp. 4852-4860, 2009.。

自然时效对Al-Li-Cu-M g-Zr合金的影响T he Effect of N atural Ag ing on the M icrostructureso f A l-L i-Cu-M g-Zr Alloy谷亦杰,周铁涛,张　蕾,张永刚,陈昌麒(北京航空航天大学材料科学与工程系,北京100083) GU Yi-jie,ZHOU Tie-tao,ZHANG Lei,ZHA NG Yong-gang,CHEN Chang-qi(Departm ent of M ater ials Science and Eng ineer ing,Beijing Univ er sity o f Aer onautics and Astronautics,Beijing100083,China)摘要:采用透射电镜(T EM)和维氏硬度计详细研究淬火后与人工时效前的时间间隔(自然时效)对Al-L i-Cu-M g 合金的影响。

研究发现,通过在人工时效前引入自然时效可以提高A l-2.4L i-1.16Cu-0.8M g-0.1Z r(w t%)合金的硬度。

合金硬度的增加主要来自于S相数量的增加和分布更均匀。

在人工时效前引入自然时效对 ′相的尺寸和分布没有影响。

长时间的自然时效对合金的影响不大。

关键词:A l-L i-Cu-M g合金;时效行为;空位中图分类号:T G166.3 文献标识码:A 文章编号:1001-4381(2001)01-0010-02Abstract:The effect of natural aging on the micro structures of Al-Li-Cu-Mg-Zr alloy was studied by transm ission electro n microscopy and Vickers hardness tester.It is found that the natural ag ing befo re artificial ag ing m ay raise the hardness.Analysis indicates that the efficient hardness com es from the increasing number of S particles.There is no effect on ′from natural ag ing before artificial aging.T he long natural aging has a little effect o n Al-Li-Cu-M g-Zr alloy.Key words:Al-Li-M g-Cu alloy s;aging behav ior;vacancy 由于低密度、高弹性模量,Al-Li系合金有望代替传统的铝合金。

热处理工艺对高强铸造Al-Si-Cu-Mg合金力学性能的影响∗王元庆，邓天泉，陈强，赵祖德，苏志权，孙昌建（中国兵器工业第五九研究所）摘要：研制了一种新型高强度铸造铝合金，并对该合金的热处理工艺进行了研究。

结果表明，该合金最佳固溶处理工艺为515℃×10h水淬；最佳时效处理工艺为160℃×2 h。

在此热处理制度下，该合金获得优良的综合力学性能：Rm≥380MPa，A≥6%。

关键词：铸造铝合金；力学性能；固溶处理；时效处理Effects of Heat Treatment Process on Mechanical Propertiesof High Strength Cast Al-Si-Cu-Mg AlloyWang Yuanqing, Deng Tianquan, Cheng qiang, Zhao Zude,Su Zhiquan,Sun Changjian（No. 59 Research Institute of China Ordnance Industry , Chongqing，China）Abstract: The new cast Al alloy with high strength was researched, its heat treatment process were studied. The results show that the best heat treatment process of the alloy is solution treatment at 150℃for 10 h,then water quenching,aging at 160℃for 2 h.Under the condition of heat treatment process, the new Al alloy has the best mechanical properties: Rm≥380MPa，A≥6%。

时效时间对Al-Cu-Mn铸造合金物相组织的影响张中可;车云;陈新孟;李祥【摘要】A1-Cu-Mn铝合金在固溶处理后的时效过程中,可能有GP区、θ”、θ'和θ相等4种脱溶物相、二次T相、晶界及晶界析出相等.这些析出物相由于尺寸、分布及与基体的共格关系不同,其强化机制和效果有所不同.本研究拟以时效时间为变化参数,研究其对Al-Cu-Mn合金强度和塑性的影响,在此基础上分析该合金微观物相结构对宏观性能的影响.【期刊名称】《贵州科学》【年(卷),期】2014(032)004【总页数】4页(P75-77,96)【关键词】Al-Cu-Mn合金;时效;物相组织【作者】张中可;车云;陈新孟;李祥【作者单位】贵州科学院,贵阳550001;贵州华科铝材料工程技术研究有限公司,贵阳550014;贵州铝厂,贵阳550014;贵州华科铝材料工程技术研究有限公司,贵阳550014;贵州华科铝材料工程技术研究有限公司,贵阳550014;贵州华科铝材料工程技术研究有限公司,贵阳550014【正文语种】中文【中图分类】TG113.2131 前言Al-Cu-Mn铸造铝合金，因其具有良好的力学性能、较高的强度、很好的延展性和塑性、较好的高温性和易切削加工等优点，在汽车、航空、航天等领域有广泛的应用前景。

Al-Cu-Mn合金在固溶处理后的时效过程中，可能有GP区、θ″、θ'和θ相等4种脱溶产物(张宝昌，1993)。

其中:GP区为淬火后形成的过饱和α固溶体，θ″为GP区中原子在有序化过程中形成的中间过渡相，能产生较大的共格应变强化作用。

θ'相为沿晶体的{100}晶面析出具有正方晶格结构的中间相。

θ相是从铝基体中析出脱溶出来的稳定相。

这些析出物相由于尺寸、分布及与基体的共格关系不同，其强化机制和效果有所不同。

另外时效也影响在固溶过程中析出的二次T相的大小和分布，晶粒和晶界等(陈子勇等，2007)。

以上这些物相组织和结构实际决定了材料的力学性能。

摘要本文以Al-Cu-Mg-Mn铝合金为研究对象，以2A12合金作为参照，通过添加不同含量不同种类的稀土元素Y和La，采用坩埚进行熔炼，利用金相显微镜对其进行组织观察、能谱分析、X-射线衍射分析、扫描电镜分析以及力学性能测试等分析手段探索不同含量的RE 及不同时效制度对Al-Cu-Mg-Mn合金微观组织和力学性能的影响规律，寻求最佳稀土添加量和适当的生产工艺，并从理论上加以解释说明。

研究结果表明：1.在Y含量在0.3%内，合金的细化效果随其含量的升高而增加；当Y含量为0.3%时，合金铸态组织中晶粒细化与组织均匀化效果最明显，晶粒尺寸由150μm减小至40μm左右且第二相发生球化现象；当Y含量大于0.3%时，随着Y含量的增加合金铸态组织中晶粒又开始出现粗化的现象；Y加入合金中主要形成YCu4Al8弥散分布于晶界，使合金组织性能得到改善。

2.稀土Y加入后，合金的硬度和力学性能也随之变化，稀土添加含量为0.3%时，力学性能最优，硬度和抗拉强度能都有大幅提高，但是随着Y含量继续增加，主要时效相的析出减少，力学性能反而下降。

3.合金中La含量低于0.3%时，合金铸态组织细化效果随含量增加而增加；La含量为0.3%时细化效果最为明显，晶粒尺寸由150μm减小至50μm；但是当La含量为0.4%时，合金铸态晶粒尺寸又开始粗大。

La加入合金中主要形成弥散分布于晶界的Al7CuLa2相，合金中加La后，合金组织性能得到提高。

4.由于La的加入细化了合金的铸锭组织，因而合金的硬度和抗拉强度都得到了提高，且在La含量为0.3%时硬度和抗拉强度达到最大值。

但是当La的添加量超过0.3%时，过量的稀土与合金中的与铝、铜、镁、锰形成金属间化合物逐渐增多，消耗了合金的主要组成元素Cu和Mg，以致时效相S(A12CuMg)析出减少，导致合金基体软化，合金的力学性能降低。

5.Al-Cu-Mg-Mn合金经自然时效后抗拉强度高于经人工时效（190℃×5h，空冷）后的强度22％；经分级时效后，合金的硬度和抗拉强度分别比人工时效高20%和17％，说明分级时效能起到提高弥散强化的目的；与自然时效相比，合金经分级时效后强度略有降低。

铸造Al-Si-Mg合金时效过程动力学分析
王桂青;孙媛;刘燕;任国成
【期刊名称】《山东建筑大学学报》
【年(卷),期】2010(025)001
【摘要】对铸造Al-11Si-0.35Mg合金时效过程动力学进行了分析.根据升温差热扫描量热分析(DSC)曲线,利用动力学方程计算出了过渡相β′析出激活能.根据等温DSC曲线,利用Avrami公式计算出了GP区和过渡相β′的形状参数n和形核密度参数k.利用透射电子显微组织(TEM)分析对计算结果进行了讨论.
【总页数】6页(P5-9,13)
【作者】王桂青;孙媛;刘燕;任国成
【作者单位】山东建筑大学,材料科学与工程学院,山东,济南,250101;山东建筑大学,材料科学与工程学院,山东,济南,250101;山东建筑大学,材料科学与工程学院,山东,济南,250101;山东建筑大学,材料科学与工程学院,山东,济南,250101
【正文语种】中文
【中图分类】TG166.9
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中期报告题目：铸造Al-Si-Cu-Mg热疲劳行为研究图1热疲劳试样形状及尺寸1.3实验数据1.3.1 热疲劳裂纹长度由表中数据可以看出：含1.5%Cu、2.5% Cu的合金大约在循环次数为2500次时裂纹开始萌生，而含3.5%Cu的合金在循环1000次时裂纹已开始萌生；不同Cu含量合金热疲劳裂纹长度随着循环次数的增加而增加，当循环5500次时，根据试样的热疲劳裂纹长度，可以看出随着Cu含量的提高，合金的热疲劳抗力略有降低，但差别不大。

表2试验合金加入不同Cu含量后的热疲劳裂纹长度Cu含量/%循环次数/次1000 2500 3500 4500 55001.5 无0.060 0.105 0.290 0.4802.5 无0.030 0.108 0.350 0.5103.5 0.030 0.200 0.379 0.560 0.655从表3中可以看出：三种合金的热疲劳试样均在接近2500循环次数开始产生裂纹。

未变质合金试样的热疲劳裂纹长度最长；0.03%Sr变质合金试样的热疲劳裂纹长度次之；0.4%RE变质合金试样的热疲劳裂纹长度最短。

表3 试验合金在不同变质情况下的热疲劳裂纹长度变质剂循环次数/次2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500未变质0.040 0.115 0.220 0.430 0.650 0.790 0.950 0.03%Sr 0.020 0.085 0.130 0.410 0.520 0.580 0.880 0.4%RE 0.030 0.060 0.108 0.165 0.350 0.420 0.5101.3.2 热疲劳裂纹形貌金相图由图2比较三种Cu含量试样的热疲劳裂纹情况可以看出，1.5%Cu的试样热疲劳裂纹长度最短，2.5%Cu的试样热疲劳裂纹长度居中，3.5%Cu的试样热疲劳裂纹长度最长。

(a)1.5%Cu (b)2.5%Cu (c)3.5%Cu图2试验合金在不同Cu含量时经5500循环周次后的热疲劳裂纹形貌图3为不同Cu含量裂纹开始萌生时的裂纹形貌金相照片。

铸造高强韧Al-Cu-Mg合金性能分析摘要：本文作者结合工作经验，从Al-Cu合金的优缺点分析，研究一种有较高抗拉强度，但伸长率比挤压铸造Al-Cu-Mg 合金更高的挤压铸造铝合金，重点分析在不同压力下的合金组织和性能。

关键词：合金；Al-Cu合金；铸造；0、前言Al-Cu合金具有结晶温度范围宽,流动性能较差，热裂倾向大等缺点，普通铸造方式很难生产形状复杂的零件，因而限制了其应用范围。

挤压铸造结合铸造和锻造的特点为一体，使液态或半固态金属在高压作用下充型、凝固、成形，可获得晶粒细小、组织致密度高、材料性能高的毛坯或零件，能有效克服铸造Al-Cu 合金的上述缺点。

一种挤压铸造Al-Cu-Mg-Mn合金，在挤压铸造条件下，合金具有优良的强韧性。

在此基础上，进一步优化成分，开发了一种抗拉强度更优异的挤压铸造Al-Cu-Mg 合金。

该合金在75 MPa压力下，抗拉强度达到510 MPa、伸长率为7.9%。

1、实验材料与方法合金的主要成分w(%)为：5.0 Cu，0.4 Mn，此外还含有单个元素成分不超过0.15、总量不超过0.80的Zr、V、RE、Ti和B，余量为铝。

实验用原材料为：纯度99.8%铝锭、Al-50%Cu、Al-10%Mn、Al-10%Zr、Al-4%V、Al-5Ti-1B、Al-10RE等中间合金。

合金在石墨坩埚电阻炉中熔炼，铝锰合金、铝锆合金、铝钒合金与纯铝同时室温装炉；720 ℃下加铝铜合金；740 ℃下加铝钛硼合金后搅拌3 min。

用固体精炼剂在730~740 ℃下精炼除气，静置8 min，除渣，加少量覆盖剂，加铝稀土合金，静置5min，搅拌均匀，730 ℃浇注。

挤压铸造实验在100 t四柱液压机上进行，采用直接挤压铸造，模具材料为调质H13钢，用石墨机油润滑，实验前预热至250 ℃，挤压比分别为0、25、50、75、100 MPa，挤压速度为0.03~0.06 m/s，保压30 s左右，铸件直径80 mm，厚30 mm。

铸造AlSi系合金的时效强化效应的开题报告
1.研究背景
随着航空、汽车、船舶等制造产业的不断发展，对于材料性能的要
求也在不断提高。

AlSi系合金是一种具有轻质、高强度、高刚度和优异的热膨胀系数的材料，在航天、航空和汽车领域有广泛的应用。

为了满足
不断提高的性能需求，需要对AlSi系合金进行强化。

时效强化是一种有效的合金强化方法，通过时效处理可以显著改善
合金的力学性能和耐腐蚀性能。

在AlSi系合金的制造过程中，时效强化
是一个重要的加工工艺，可以提高其强度和耐腐蚀性能，同时也可以控
制合金的尺寸稳定性。

因此，研究AlSi系合金的时效强化效应，对于进
一步提高其性能具有重要意义。

2.研究内容
本研究的主要内容是探究AlSi系合金的时效强化效应。

具体研究内
容包括：
(1) 合金的制备：采用真空熔铸法制备AlSi系合金；
(2) 时效处理工艺：通过热处理工艺控制时效时间和温度，得到不同的时效状态；
(3) 材料性能测试：对不同时效状态的合金进行力学性能测试、组织结构分析和耐腐蚀性能测试，探究时效处理对合金性能的影响及其机理。

3.研究意义
AlSi系合金是一种具有广泛应用前景的材料，其力学性能、耐腐蚀
性能和尺寸稳定性对于实现高性能零部件的制造至关重要。

本研究旨在
深入探究AlSi系合金的时效强化效应，为其进一步提高性能提供理论依
据和技术支撑，具有重要的科学价值和实际应用价值。