【摘 要】
：
Al-Cu铸造合金具有强度高、拉伸性能好和易加工等优点,广泛应用于航天航空、汽车和国防军工等领域。但当工作温度高于200oC时,Al-Cu合金中的主要强化相θ″逐渐转变为稳定相,使其强化作用降低,导致材料使用寿命缩短,严重影响了Al-Cu合金的实际应用。通过添加Zr,Ti,V等微量合金元素,在Al-Cu合金基体内部形成纳米尺寸且弥散分布的耐热Al3M相,从而提高Al-Cu合金的强化效果及热稳定性能
论文部分内容阅读
Al-Cu铸造合金具有强度高、拉伸性能好和易加工等优点,广泛应用于航天航空、汽车和国防军工等领域。但当工作温度高于200oC时,Al-Cu合金中的主要强化相θ″逐渐转变为稳定相,使其强化作用降低,导致材料使用寿命缩短,严重影响了Al-Cu合金的实际应用。通过添加Zr,Ti,V等微量合金元素,在Al-Cu合金基体内部形成纳米尺寸且弥散分布的耐热Al3M相,从而提高Al-Cu合金的强化效果及热稳定性能,为设计和开发耐高温铸造Al-Cu合金具有重要研究意义。本论文选用Al-Cu合金为基础合金,设计了单一添加及联合添加Zr、Ti、V的Al-Cu、Al-Cu-Zr、Al-Cu-Zr-Ti、Al-Cu-Zr-Ti-V合金,综合采用了扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、球差校正电镜（Cs-STEM）、电子探针显微分析仪（EPMA）、能谱分析（EDS）、硬度和高温拉伸测试,并结合第一性原理计算,分析讨论了不同热处理条件对合金微观组织和力学性能的影响及析出相中反相界面和元素偏聚对析出相稳定性影响,重点聚焦微合金化元素对析出相演变的多尺度定量化研究。获得主要结论如下:（1）升温速率对Al-Cu、Al-Cu-Zr-Ti-V微观组织和力学性能都有影响。相比以50oC/h热处理后的合金,以300oC/h热处理后的两种合金峰值硬度分别提升了18.5%、8.1%,达到峰值硬度所需的保温时间均降低约5 h;高温拉伸时强度变化不明显,但延伸率分别提高了51.7%,63.6%。相同热处理条件下,升温速率越高,Al3Zr析出相的平均尺寸也越大。为保证合金性能,应在快速升温时选择短的固溶时间,在慢速升温时选择长的固溶时间。（2）本论文中所用的Al-Cu,Al-Cu-Zr-Ti,Al-Cu-Zr-Ti-V合金,最佳固溶热处理条件为500oC保温10小时。联合添加Zr、Ti、V比联合添加Zr、Ti能更有效地提高Al3Zr的形核位点,并且降低其粗化速率,从而更有效的提高合金高温时效后的热稳定性能。在250oC暴露184天之后,联合添加Zr、Ti、V和Zr、Ti的合金硬度分别下降约5.3%、6.8%,而基础合金下降约为34.9%。在枝晶边缘处非均匀形核的Al3Zr析出相聚集在一起,形成具有复杂形貌的析出相团簇,该团簇的形成主要是由于Al3Zr析出相沿位错线附近不断析出所致。（3）从<001>入射轴观察Al3Zr析出相内部出现的反相界面主要有两种类型:一种位于{100}面,该类型的反相界面为保守型反相界面,预示着L12结构向D023结构的转变;另一种位于{110}面,连接着L12和D023两种结构或者连接着两个相互垂直的{100}反相界面,形成一个三向连接点。两种类型的反相界面位移矢量均为a/2<110>。（4）Al-Cu-Zr合金中析出的Al3Zr析出相内部出现Cu元素的掺杂,Cu取代Al原子的位置,其中Al2.5Cu0.5Zr最稳定。Al3Zr析出相中Cu元素的掺杂能有效的提高L12结构的稳定性,并对Al3Zr的析出行为产生影响。在析出相转变过程中,出现三种结构:L12、D023、及存在Cu元素偏聚的中间相。该中间相在D023和L12相互转变过程中出现,其晶胞参数为a=b=4.086?,c=10.98?。
其他文献
凭借声场信息捕获全面、声源识别全方位等独特优势,基于球面传声器阵列（球面阵）的声源识别技术在诸如航空飞机、高速列车、汽车等舱室的噪声源识别领域占据重要地位。等效源法和球谐函数波束形成是球面阵声源识别的经典方法,但前者存在适用频率范围窄、全息距离小的不足,后者存在高频虚假声源多、低频空间分辨率差、且无径向距离识别能力的缺陷。因此探索适用频率范围宽、定位量化精度高、虚假声源抑制能力强、计算速度快、鲁棒
增压、小型化是汽油机的主要发展方向之一,然而增压后汽油机的热负荷提高,爆震倾向加重。实际应用中通常采用推迟点火提前角、减小压缩比和加浓混合气的方法减缓爆震,但是牺牲了涡轮增压直喷汽油机动力性能和热效率。由于水具有较高的气化潜热和比热值,喷水技术在涡轮增压直喷汽油机排放的降低、性能的优化和热效率的提升方面优势明显,特别是对涡轮增压直喷汽油机爆震的抑制效果显著,是涡轮增压直喷汽油机性能强化的有效手段。
直径3米以上的大规格齿轮是航母等大型舰船、大功率风力发电机和重载工程机械等高端装备上的关键核心基础件,其精度的高低直接影响了我国高端装备的服役性能和核心竞争力。目前国内能够加工大规格齿轮的数控滚齿机床精度还远远不能满足我国重大装备和工程的需要,导致大规格滚齿机床长期依赖进口,被美国Gleason和德国Liebherr、Niles等公司垄断和控制,严重制约我国重大装备的研制,甚至威胁国家安全。大规格
机床作为机械制造业的设备主体和能耗主体,量大面广,能量消耗总量巨大,能量利用率很低,能效提升潜力很大;因此,机床能效研究意义重大。现有机床能效研究主要集中在机床加工过程能量效率（又称机床运行能量效率）的研究上,已取得了大量研究成果;但是,对机床自身的、影响机床加工过程能量效率的特性研究还不够,致使有些重要问题尚未解决。为此,本文结合国家高新技术研究发展计划（863计划）课题和国家自然科学基金等项目
齿轮滚轧成形是一种较为先进的无屑加工方法,它利用一个或多个同向旋转轧轮带动工件旋转,同时径向或轴向进给挤压工件表面,使其金属产生塑性流动从而获得特定尺寸与形状的齿轮,具有加工效率高、材料耗费少、表面质量和使用性能好等优点,符合现代齿轮高效、精密、绿色的生产理念。本文在对直齿圆柱齿轮轴向滚轧自由分齿原理及轧制精度分析的基础上,提出了强制分齿式轴向滚轧成形新工艺,并对齿轮展成原理、自由分齿误差、材料流
金属材料在工程结构中有着广泛的应用。其在服役过程中的破坏失效直接影响着工程结构的安全,因此如何预防破坏失效有着重要的意义。韧性断裂是金属材料破坏主要形式之一,其断裂机理的研究具有重要的工程意义和学术价值,一直受到国内外学者长期以来的关注。本文针对三种典型面心立方金属的韧性断裂进行了研究,主要采用多尺度实验表征技术分析韧性断裂全过程,同时应用有限元方法分析应力状态对断裂过程不同阶段的影响。具体来说,
近年来,在金属材料中引入“孪晶界面”能显著改善材料强韧性的研究备受关注。{10-12}拉伸孪晶是镁及其合金中最容易激活的孪生模式之一。因其临界剪切应力低,极易在塑性变形初期形成,并对后续力学行为产生影响。由于孪晶具有六个变体,孪晶变体的激活强烈地依赖于加载路径,且随着应变量和应变速率不同而变化。因此,研究不同加载路径下的{10-12}孪生行为及其对后续力学行为和塑性变形微观机制的影响规律,对镁合金
当前汽车全铝发动机主要使用以Al-Si-Mg和Al-Si-Cu为基础的铸造合金材料,两组合金中的主强化相分别为β″（Mg5Si6）和θ″（Al3Cu）析出相,其中β″相和θ″相分别在汽车发动机工作温度高于185 oC和225 oC时变得不稳定。现代汽车可操作性增加及发动机的小型化和大功率设计对发动机材料的耐高温性能提出了更高的要求。在Al-Si-Mg-Hf体系中,合金经过热处理形成了高密度的Si2
{10ī2}孪晶在协调密排六方金属的c轴方向上的应变具有重要意义。但目前有关{10ī2}孪晶形核和长大的机制仍存在争议。本文主要通过分子动力学模拟,探究了{10ī2}孪晶形核和长大的机制。首先,通过构建纳米结构镁,在单轴拉伸下发现{10ī2}孪晶倾向于在晶界处或裂纹尖端处非均匀形核。在{10ī2}孪晶形核过程中,发现了BCC中间相的存在。本文提出了一个基于BCC中间相的{10ī2}孪晶形核的简单几
镁合金作为最轻的金属结构材料,在汽车、航天、医疗和电子工业等领域具有广泛的应用前景。但是,镁合金的强度低、塑性差,制约了其工程化应用。因此,研究镁合金的力学行为和变形机制,进而阐述合金的强韧化机理,具有重要的学术价值和工程意义。本研究选用Mg-3Gd（wt.%）合金为研究对象,采用累积叠轧（ARB）及后续不同工艺退火,制备了三种不同微观结构和晶粒尺寸的样品,即纳米结构、微纳层状异构、微米结构。采用