微合金化再生ADC12铝合金组织和力学性能

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本文主要研究了微量元素对再生ADC12铝合金组织与性能的影响,并对变质后的基体组织进行了定量分析,以揭示微合金化的作用机理。为进一步提高再生铝合金的性能,优选了铸态性能最佳的合金成分进行热处理,并采用正交设计进行工艺参数的优化,研究表明:稀土La、Ce、Y的添加对合金的α-Al二次枝晶间距及共晶Si相有明显的细化效果,枝晶由初始的无序粗大向有序颗粒状转变,且随着稀土含量的增加,细化效果越明显。当添加La、Ce、Y后α-Al二次枝晶间距由32.2μm下降到23.1μm,共晶Si相长度由43.1μm下降到5.5μm,分别细化了28.8%和76.8%。而且对针状富Fe相的尺寸有一定的细化效果,较未添加时的32.1μm下降到30.4μm,下降幅度约为5.4%;而添加Cr后对针状富Fe相变质效果明显,平均长度下降到20.2μm,较未添加之前细化了37%。通过对合金的力学性能测试表明,由于共晶Si相及针状富Fe相的变质,合金的抗拉强度、延伸率及硬度有了明显的改善。添加了La、Ce、Y、Cr后的抗拉强度、延伸率及硬度分别为192.1 Mpa、1.43%和93.6 HV,相较未变质的再生ADC12铝合金分别提升了22.7%、72.3%和25%,合金的断裂形式也从脆性断裂向准解理断裂转变。相较于未热处理的再生ADC12铝合金,进行热处理后共晶Si相得到进一步球化,尺寸进一步细化,但是若进行较高温度处理将导致共晶Si相的长大、粗化,反而恶化合金组织。同时也观察到针状富Fe相的破碎,在530℃时还发现有Al Si Fe Cu复杂相的形成。由于Fe在Al基体中扩散缓慢的原因,即使提高热处理温度,针状富Fe相尺寸依然下降不大,约为10.9%,且未观察到稀土相的破碎情况。分别对合金的抗拉强度、塑性及显微硬度进行了测试,正交结果表明,对三者影响最大的因素分别为时效时间、时效温度及时效时间,同时给出了获得最佳力学性能相对应的热处理工艺参数。在合金力学性能方面,以试验3所测得的合金抗拉强度(267.1 MPa)为例,相较于未热处理提升了约39.1%,效果明显。经过热处理后,可以在保证合金强度大幅度提升的同时不牺牲再生ADC12铝合金过多的塑性。对热处理后的合金的断口进行了分析,结果表明随着热处理工艺的优化,微合金化再生ADC12铝合金断裂方式由纯粹的脆性断裂向韧性断裂+沿晶断裂的混合断裂形式转变,这与拉伸性能的变化趋势较为吻合。本研究有望为再生铝循环利用提供理论支持,促进再生铝产品保级甚至升级使用。
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