中国工程论文网
代写工程论文
当前位置:工程论文网 > 材料工程论文 > Al-Cu-Mg-Ag 新型耐热铝合金腐蚀行为与材料工程机理研究

Al-Cu-Mg-Ag 新型耐热铝合金腐蚀行为与材料工程机理研究

时间:2018-07-31 19:44来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇材料工程论文,材料工程是研究、开发、生产和应用金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料的工程领域。其工程硕士学位授权单位培养从事新型材料的研究。
本文是一篇材料工程论文,材料工程是研究、开发、生产和应用金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料的工程领域。其工程硕士学位授权单位培养从事新型材料的研究和开发、材料的制备、材料特性分析和改性、材料的有效利用等方面的高级工程技术人才。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇材料工程论文,供大家参考。
 
第 1 章 绪论
 
1.1 研究背景
金属铝自从被发现以来,经过多年的发展,已经成为除了钢铁之外的第二大金属。近些年来,铝合金的应用已经极为广泛,尤其是在航空航天领域,飞机与航天飞行器上的很多零部件都是以铝合金为主要的制造材料。其中 Al-Cu-Mg 系合金,由于其良好的耐热和机械性能,在航空航天领域已经成为重要的结构材料[1-5]。随着社会的进步和人民生活质量的提高,对科技的发展也有了进一步的要求。Al-Cu-Mg-Ag 合金是在传统 Al-Cu-Mg 系变形耐热铝合金基础上经过性能优化而发展起来的新型航空应用合金材料。研究发现少量 Ag 加入高 Cu/Mg 比铝合金中会析出一种新的强化相—  相,  相高温性能良好,可以在高温条件下长期保持良好的力学性能[6-9]。与普通的 2 系铝合金相比,添加微量 Ag 的 Al-Cu-Mg合金在室温抗拉强度方面有了大幅度的提高,合金在 300 ℃的条件下抗拉强度提高了二倍以上[10]。因此,Al-Cu-Mg-Ag 新型耐热铝合金的研究对开发和研制新一代飞机有着重要的意义[11-12]。
...........
 
1.2 Al-Cu-Mg-Ag 合金发展概况
二十世纪初,德国冶金工程师 Alfred Wilm 发现了时效硬化现象,此后杜拉铝合金得到开发,继而迅速应用在飞机结构件上的制造并且取得了成功[3]。之后,法国科学家以 Al-Cu 合金为基础,通过工艺性能方面的改良,研发出 AU5GT 合金,奠定了之后 2 系铝合金的发展基础。此后,在航空界杜拉铝被广泛应用,在制造飞机的单体技术方面也得到了应用。杜拉铝由于其较轻的质量和比较高的强度,也广泛的被应用于精密仪器的制造。有学者在研究中发现,合金中的铜元素可以提高其强度,但是也使合金的耐腐蚀性能降低,因此将高纯度的铝板包裹在合金的表面,这样大幅度的提高了合金的耐腐蚀性能,这种表面包裹高纯度铝板的板材被称为铝包,常用于航空业。之后经过科研工作者们不懈的努力,多种不同用途的 Al-Cu-Mg 系合金被研发出来,比如 2024、2A12 和д16 铝合金等都是典型的硬铝合金。与 6 系、7 系铝合金相比,Al-Cu-Mg 系合金在腐蚀、疲劳和耐热性方面都有很大的提高。在铝合金中也会存在一些杂质元素,比如 Fe、Si 等。由于这些杂质元素的存在,像 Al2Cu 粒子还有一些粗大的脆性相会在合金中出现,从而降低了合金的强度和断裂韧性[13-16]。为了使 Al-Cu-Mg 系合金的强度与断裂韧性更加良好,美国学者通过降低 2024 铝合金和д16 铝合金中 Fe、Si 等杂质元素的含量并且调整合金中一些主元素的含量,成功研发出了强度与断裂韧性优良的 2 系铝合金[17-18]。前苏联专家在д16 铝合金基础上成功研发出了д16ч、д19ч、1161 和 1163铝合金,并对该系合金的耐热性能进行了进一步的优化。之后美国铝业公司为了提高 C415 系列铝合金的韧性和焊接性,继而研发出 2004 等一系列铝合金[19]。常用 2 系合金的主要特点和应用情况如表 1-1 所示[2,19]。
..........
 
第 2 章 合金制备与实验方法
 
2.1 合金制备
2.1.1 成分设计
实验所用合金采用铸锭冶金的方法以工业纯 Al、纯 Mg、纯 Ag 和中间合金Al-Cu、Al-Mn、Al-Zr 为制备原料,在井式炉中熔炼,表 2-1 为合金化学成分。
 
2.1.2 热处理
将 Al-Cu-Mg-Ag 合金的铸锭经 500 ℃/24 h 均匀化处理,然后铣去合金表面的铸造缺陷,在 460 ℃下对合金进行热轧,热轧合金的厚度为 6 mm,然后经400 ℃/2 h 的中间退火,再冷轧至 3 mm 获得实验所需合金薄板。
 
2.1.3 不同实验材料准备
在得到实验所需 Al-Cu-Mg-Ag 新型耐热铝合金薄板后,对合金进行以下实验处理,以获得不同实验过程所需的合金材料:(1)将经过 400 ℃/2 h 中间退火后的合金进行冷轧,冷轧变形量分别为 50%、80%、90%,然后将冷轧板在 515 ℃下固溶 1.5 h,最后在 185 ℃下进行时效。(2)将制得实验所需薄板在管式炉中进行固溶处理,温度为 515 ℃,固溶时间分别为 1 h、1.5 h、2 h,用于研究固溶处理对合金性能的影响,然后在 5 s 内进行冷水淬火。淬火后将合金在在鼓风箱中以 185 ℃/4 h 时效制度进行时效处理。(3)将在 515 ℃下固溶 1.5 h 后淬火的合金在 0.5 h 内进行预拉伸变形,变形量为 0%、2.5%、6%,然后将合金在 185 ℃下进行时效处理。
.........
 
2.2 分析测试方法
 
2.2.1 维氏硬度测试
维氏硬度测试参照国际标准 ISO 6507-1 在 401 MVDTM 数字式维氏显微硬度测试仪上测试。将测试试样在金相研磨机上打磨抛光,每个试样硬度测试面的面积约为 100 mm2,每个试样取 7 个不相邻的位置进行硬度测试,最后将结果整合取平均值作为测试试样的硬度。
 
2.2.2 晶间腐蚀
合金的晶间腐蚀实验参照 ASTM G110[108]。使用线切割机将需要进行晶间腐蚀实验的合金制成 20 mm×30 mm 的矩形,长度沿轧制方向。然后将合金在牙托粉与牙托水混合剂中镶好,并对腐蚀面在金相试样磨抛机上进行研磨,然后抛光至没有划痕。腐蚀液成分为 57 g/L NaCl+10 ml/L H2O2,试样面容比小于 20mm2/ml,实验在恒温水浴箱中进行,温度为 35 ℃,时间 6 h。腐蚀结束在垂直于轧制方向切去 5 mm,重新镶样后进行机械抛光,之后用金相显微镜观察,获得最大晶间腐蚀深度并进行等级评价。
...........
 
第 3 章 合金元素对 Al-Cu-Mg-Ag 合金腐蚀性能的影响..........18
3.1 Mg 含量对 Al-Cu-Mg-Ag 合金组织与性能的影响....... 18
3.2 Ag 含量对 Al-Cu-Mg-Ag 合金组织与性能的影响........ 27
3.3 本章小结.... 35
第 4 章 冷轧变形对 Al-Cu-Mg-Ag 合金腐蚀性能的影响..........37
4.1 时效硬化曲线...... 37
4.2 晶间腐蚀.... 37
4.3 剥落腐蚀.... 39
4.4 TEM 观察....40
4.5 金相观察.... 41
4.6 分析与讨论.......... 43
4.7 本章小结.... 44
第 5 章 热处理对 Al-Cu-Mg-Ag 合金腐蚀性能的影响....45
5.1 固溶处理对 Al-Cu-Mg-Ag 合金的组织与性能影响.....45
5.2 预变形时效对 Al-Cu-Mg-Ag 合金组织与性能的影响...........52
5.3 本章小结.... 58
 
第 5 章 热处理对 Al-Cu-Mg-Ag 合金腐蚀性能的影响
 
热处理是一种有效的改变合金组织与性能的方法,不同的热处理工艺对Al-Cu-Mg-Ag 合金性能的影响有着很大的差异。本章对合金进行不同的固溶处理和预变形时效,探讨了固溶处理的时间和预变形时效的变形量对合金微观组织与耐腐蚀性能的影响,为该系合金的热处理工艺提供指导。
 
5.1 固溶处理对 Al-Cu-Mg-Ag 合金的组织与性能影响
将 Al-Cu-Mg-Ag 合金在 515 ℃下固溶不同时间,之后在鼓风干燥箱中时效4 h,温度为 185 ℃,最后对合金的微观组织和腐蚀性能进行分析。图 5-1 为 Al-Cu-Mg-Ag 合金在经不同时间固溶处理后晶间腐蚀实验结果的图片。由图片可以看出,合金经不同时间的固溶处理后晶间腐蚀的情况不同。经1 h 固溶的合金最大晶间腐蚀深度比较浅(5-1a),而且粒子脱落现象比较轻;随着固溶时间的延长,合金的腐蚀情况变得严重,固溶 1.5 h 的合金最大晶间腐蚀深度明显增加(5-1b),大量粒子从基体脱落;当固溶时间延长到 2 h 时,合金的最大晶间腐蚀深度进一步增加,粒子脱落现象也比较严重(5-1c),合金受晶间腐蚀的破坏最严重(5-1d)。
........
 
结论
 
1. 增加合金中 Mg 的含量,固溶态合金的再结晶晶粒尺寸变大,Al-Cu-Mg-Ag 合金中晶内和晶界析出相细化;PFZ 与基体的电位差逐渐增大,合金腐蚀电流密度增大,合金的晶间腐蚀速率增加;另一方面,腐蚀产物导致的晶界楔入力逐渐减小,导致 Al-Cu-Mg-Ag 合金抗剥落腐蚀性能先降低后提高。
2. 增加合金中 Ag 的含量,沉淀相从大量的    相和少量的   相变成大量的  相和少量的  相。Ag 含量增加使 PFZ 的宽度减小,相应的合金的腐蚀通道变窄,合金耐晶间腐蚀和剥落腐蚀性能增强。
3. 增大冷轧变形量,能够细化合金再结晶晶粒,减小晶界 PFZ 宽度,但对合金晶内析出相影响不大。随着冷轧变形量的增大(50%-90%),Al-Cu-Mg-Ag合金的抗晶间腐蚀性能逐渐提高,抗剥落腐蚀性能先降低后提高,冷轧变形量为50%的试样抗剥落腐蚀性能最佳。
4. 延长合金的固溶时间,再结晶晶粒逐渐长大,合金中析出相增加,PFZ与基体电位降低,合金的耐晶间腐蚀和剥落腐蚀的性能降低。
5. 预变形时效抑制了沉淀相的析出,加速沉淀相的析出。随着预变形量增加,PFZ 的宽度减小,腐蚀通道变窄,合金耐晶间腐蚀的性能增强;拉长的晶粒增大了合金的剥落腐蚀倾向,合金的耐剥落腐蚀性能降低。创新点:本文研究了 Mg 含量和 Ag 含量、冷轧变形工艺、固溶处理和预变形时效处理对 Al-Cu-Mg-Ag 新型耐热铝合金晶间腐蚀和剥落腐蚀行为的影响,并通过透射电子显微分析和电化学分析技术等研究了合金在不同环境的腐蚀机理,为该系合金的合金化元素设计、轧制工艺和热处理工艺等提供重要依据。根据本文的实验与研究。
..........
参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%
------分隔线----------------------------
发表评论
请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。
评价:
栏目列表
点击提交代写需求
点击提交代写需求
点击提交代写需求
推荐内容