氫與夾雜對(duì)鋁合金的組織與性能的影響.pdf

1、本論文采用數(shù)值模擬、測(cè)氫分析、拉伸實(shí)驗(yàn)、熱模擬壓縮實(shí)驗(yàn)、疲勞實(shí)驗(yàn)、光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、能譜分析等手段，研究了熔煉工藝參數(shù)和合金元素對(duì)鋁合金中氫含量和夾雜物的影響，氫含量和夾雜物含量的關(guān)系，氣孔和夾雜的尺寸對(duì)兩種鋁合金力學(xué)性能的影響。
　　數(shù)值模擬結(jié)果表明，當(dāng)初始?xì)浜康陀?.1ml/100g時(shí)，才能對(duì)產(chǎn)生氣孔的區(qū)域造成影響;冷卻方式越慢，先后凝固區(qū)域內(nèi)的氣孔體積分?jǐn)?shù)相差越大;低的初始?xì)浜?、較快的冷卻速度、較慢的上表面冷卻和較少

2、的合金元素均有利于降低鑄錠中的氫含量。鑄造過程中夾雜的運(yùn)動(dòng)是由于熔體對(duì)夾雜的粘著力、浮力和重力共同作用的結(jié)果。夾雜密度大于熔體密度，夾雜下沉，小于則上浮，接近則隨機(jī)分布于鑄錠中;夾雜上浮或下沉程度隨夾雜等效直徑增加而增加;但當(dāng)夾雜的等效直徑小于5μm或形狀因子小于0.1時(shí)，主要受熔體粘著力作用而隨機(jī)分布于鑄錠中;冷卻越快，夾雜上浮或下沉程度越大。
　　隨著環(huán)境相對(duì)濕度的增加和熔體溫度的升高，減壓試樣的密度降低而鋁熔體中氫含量增加;

3、隨著熔體質(zhì)量的增加，減壓試樣的密度增加而熔體氫含量降低;隨著精煉時(shí)間的增加，鋁熔體中氫含量不斷地減少;相同熔煉條件下，冷卻速度越大，氫含量越低。
　　1050合金鑄錠中氣孔面積分?jǐn)?shù)由鑄錠頂部的0.116％降低到3/4高度處的0.032％，底部則增加至0.086％。在同一橫截面上，邊部氣孔明顯少于心部。6063合金鑄錠中大氣孔的形狀不規(guī)則，平均尺寸為50μm～100μm，分布在枝晶界和三叉晶界處;小氣孔呈圓形，平均尺寸為10μm～2

4、0μm，在晶界和晶內(nèi)均有分布。
　　6063合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率都隨試樣氣孔面積分?jǐn)?shù)的升高而降低。應(yīng)變硬化指數(shù)n值隨變形溫度的升高而降低，拉伸斷口觀察表明，尺寸大于200μm的氣孔是導(dǎo)致斷裂的主要因素，而小于100μm的氣孔對(duì)斷裂的影響不顯著。
　　在25℃～500℃、應(yīng)變速率為0.01s-1～10s-1下進(jìn)行熱模擬實(shí)驗(yàn)，流變應(yīng)力隨溫度的升高而降低，隨應(yīng)變速率的增加而升高。且在同一變形溫度、同一應(yīng)變速率下，小氣孔

5、試樣流變應(yīng)力要大于大氣孔試樣。小氣孔試樣的本構(gòu)方程為:(ε)=1.09677×1010[sinh(0.0091σ)]6.52738 exp[-111.9083×103/(RT)]大氣孔試樣的本構(gòu)方程為:ε=5.38×105[sinh(0.029038σ)]3.44613 exp[-96.1032×103/(RT)]
　　疲勞實(shí)驗(yàn)及斷口觀察表明，裂紋主要在試樣表面的氣孔處萌生，水冷銅模鑄錠試樣斷口表面氣孔尺寸較大(50μm～200μ

6、m)，嚴(yán)重影響試樣的疲勞性能;半連續(xù)鑄錠試樣斷口表面氣孔尺寸較小(＜30μm)，對(duì)試樣的疲勞性能影響較小。
　　1050和6063合金中的主要夾雜物為MgO和Al2O3，其周圍常伴隨有氣孔。夾雜物含量增加會(huì)引起氫含量的相應(yīng)增加，當(dāng)熔體中的夾雜含量多時(shí)，夾雜易于團(tuán)聚，且組織較為疏松。
　　采用傳統(tǒng)定量金相法和熱堿深腐蝕法同樣可以評(píng)價(jià)鋁合金中的氧化物夾雜的面積分?jǐn)?shù);但定量金相法獲得的結(jié)果中除了氧化物外還有AlFeSi相，且對(duì)試樣