高壓凝固Al-Mg二元合金組織熱穩(wěn)定性及力學性能研究.pdf

1、本論文對Al-20wt.％、Al-30wt.%以及 Al-40wt.%合金在不同壓力下的凝固行為進行了研究,凝固壓力分別為常壓、1GPa、2GPa以及3GPa。探討了Al-Mg二元合金在不同壓力下的凝固組織和物相演變規(guī)律,對高壓凝固后Al-Mg合金的熱穩(wěn)定性進行了深入研究,分析了凝固壓力對高鎂Al-Mg二元合金力學性能的影響及機理。
　　凝固壓力對Al-Mg合金凝固組織以及物相組成的影響研究表明:隨著凝固壓力的增加,Al-20Mg

2、合金中脆性金屬間化合物β相的體積分數(shù)減少,當凝固壓力增加到2GPa以及更高時,Al-20Mg合金轉變?yōu)榇髩K的Al(Mg)過飽和固溶體。但是過飽和固溶體中Mg元素的分布不均勻,枝晶內(nèi)的Mg元素含量較低,枝晶間的Mg元素含量較高。Al-30Mg以及Al-40Mg合金在高壓凝固條件下β相不能形成,其物相均由Al(Mg)固溶體以及γ相構成。在3GPa壓力下凝固時,合金組織是以初生 Al(Mg)固溶體為基體,由 Al(Mg)固溶體以及γ相組成的共

3、晶組織分布在枝晶間。
　　隨著凝固壓力的增加,Al-30Mg以及 Al-40Mg合金的Al(Mg)固溶體與γ相共晶組織形貌發(fā)生了很大的變化。在1GPa壓力下凝固后合金中的共晶組織均是不規(guī)則共晶組織,而在3GPa壓力下凝固后轉變?yōu)閷悠瑺罟簿ЫM織,這是由凝固過程動力學以及熱力學因素所共同決定的。
　　凝固壓力對Al(Mg)固溶體中Mg元素的固溶度的影響研究表明:凝固壓力可以顯著的增加Mg元素在Al(Mg)固溶體中的固溶度,Al-

4、20Mg合金可以形成大塊的Al(Mg)固溶體,提供了一種新的制備大塊Al(Mg)過飽和固溶體的方法。Al-40wt.%Mg(Al-42.2at.%Mg)合金在3GPa壓力下凝固時 Al(Mg)固溶體中 Mg元素的固溶度可以增加到41.6at.%,而在常壓室溫條件下其平衡固溶度不足1at.%。
　　高壓凝固之后所得到的Al(Mg)固溶體是不穩(wěn)定的,在加熱過程中會向著穩(wěn)定的方向轉變。研究發(fā)現(xiàn)在Al(Mg)固溶體加熱過程中形成了富Mg元

5、素的γ相。當延長時效時間或者升高溫度時,γ相內(nèi)部的Mg原子會向周圍的Al(Mg)固溶體擴散,導致其Mg元素成分降低,最終γ相會直接轉變成穩(wěn)定的β相。
　　高壓凝固制備的Al(20Mg)過飽和固溶體中在加熱過程中富Mg固溶體容易形成沉淀相,Mg含量較少的固溶體相對不容易析出沉淀相,從而使沉淀相的析出是以一種不均勻的方式完成的。時效過程中β相的形貌會經(jīng)過一系列的轉變:粒狀→長條狀→團絮狀→塊狀。
　　高壓凝固對Al-Mg合金力學

6、性能影響研究表明:高壓凝固后Al-Mg合金中的金屬間化合物體積分數(shù)減少,Al(Mg)固溶體體積分數(shù)增加,顯著提高了合金的拉伸性能。Al-20Mg在常壓下凝固為脆性材料,斷裂方式為典型的解理斷裂,在2GPa以及3GPa壓力下轉變?yōu)樗苄圆牧?斷裂方式為典型的韌性斷裂,延伸率可達到11%,同時強度也有顯著提高,3GPa壓力下凝固的抗拉強度是常壓下的8.0倍。隨著凝固壓力的增加,Al-30Mg及Al-40Mg合金強度顯著提高,3GPa壓力下凝固