ZL101铝合金应力腐蚀特性研究_李晨
半固态ZL101合金重熔加热时初生相的组织演变
基金项目:江西省自然科学基金项目资助(0650047)和江西省教育厅科技项目(G JJ 09229)。
收稿日期:2009-11-19轻合金及其加工半固态ZL101合金重熔加热时初生相的组织演变刘政1,胡咏梅2(1.江西理工大学机电工程学院,江西赣州341000;2.江西理工大学工程院,江西赣州341000)摘 要:利用低过热度浇注技术制备了半固态ZL101铝合金坯料,研究了半固态温度区间重熔加热时半固态ZL101铝合金坯料的初生相形貌的转变过程。
研究结果表明,在半固态两相区保温,半固态ZL101合金的初生相逐渐团球化,该过程随保温温度的升高而加快。
半固态ZL101铝合金晶粒的圆度与保温温度和保温时间的关系不大,但晶粒的尺寸随着保温温度和保温时间的增加而增大。
半固态ZL101合金试样重熔加热最佳工艺制度为583 下保温30m i n ,其晶粒平均等积圆直径为80 m,晶粒平均圆度为0.83。
关键词:半固态;Z l 101铝合金;重熔加热;组织演变中图分类号:TG146,TG244 文献标识码:A 文章编号:1002-1752(2010)09-65-5M icrostructure evol uti on of pri m ary phasei n se m i-soli d ZL101all oy duri ng reheatingLI U Zheng 1and HU Y ong-me i2(1.School of M echanical and E lectronic E ng ineering,2.Engineering Instit u te ,J iangx i University of S cience and T echno logy,G anzhou 341000,China )A bs tract :The s e m i-s o li d ZL101all oy b ill et i s p repared by l o w s uperheat pouri ng ,and the transfor m cou rse for p ri m ary phas e m orpho l ogy of the b ill et i s researc h ed duri ng reheati ng i n soli d -liqu i d phase regi on.The res u lts i nd i cate that the pri m ary phase of se m i-s o li d ZL101alloy i s gradu all y gl obulari zedduri ng the hol d i ng i n s oli d-li qu i d ph ase reg i on ,i n w h ic h gl obu larizati on i s speed ed up w ith the increas e of t h e hol d i ng t e m perat u re .There is a little effect of hol d i ng te mp erature and hold i ng ti m e on grai n roundness of se m i -solid ZL101a ll oy ,bu t t h e grai n s i ze of t he all oy i n creases w i th i ncreasi ng of t he ti m e and t h e te mp erature .The op ti m azing reheati ng t echnol ogy of se m i -s oli d ZL101alloy i s t h at the b illet i s h eld 30m i n at 583 ,i n wh ich t h e av erage equal-area-circl e gra i n dia m eter i s 80 m,and the average grai n roundn ess is 0.83.K ey words :se m i-s o li d ;ZL101alloy ;reheati ng ;m i crostr u cture evo l uti on在半固态金属触变成形中,金属坯料必须首先被重新加热至固液两相区的某一温度下,经过半固态重熔加热,此时,金属坯料一方面达到了预定的温度和预定的固相分数,获得了一定的触变性,满足触变成形的要求;另一方面,坯料的显微组织也经历很大的变化,发生低熔点组织的熔化、高熔点初生固相的部分熔化和组织形态的圆整化、初生固相晶粒的粗化[1]。
Er_和Ce_对铸造ZL101A_铝合金组织与力学性能的作用对比研究
基金项目：云南省社会发展科技计划－科研院所技术开发研究专项（2011CF009）。
作者简介：闫洪（1961-），男，云南大理人，正高级工程师，主要从事金属材料研究工作。
收稿日期：2023-04-15Er 和Ce 对铸造ZL101A 铝合金组织与力学性能的作用对比研究闫洪1，2（1.昆明冶金研究院有限公司，昆明650031；2.中铝集团中央研究院昆明分院，昆明650031）摘要：在ZL101A 铝合金中分别加入稀土元素Er 和Ce ，比较加入两种稀土后合金的组织和力学性能方面的差异。
结果表明：在α-Al 和共晶Si 方面，Er 的细化作用明显优于Ce ，加入Er 可在ZL101A 铝合金中形成更加细小和弥散分布的稀土化合物相，使合金的力学性能有较大程度的提高，其ZL101A （Er ）合金的抗拉强度达到188MPa ，伸长率是6.7%，高于ZL101A （Ce ）合金。
关键词：ZL101A 铝合金；Er ；Ce ；组织结构；力学性能中图分类号：TG146.21，TG292文献标识码：A文章编号：1005-4898（2023）06-0017-03doi：10.3969/j.issn.1005-4898.2023.06.040前言铝合金的晶粒细化处理是工业生产中重要的工艺方法。
细小均匀的晶粒组织能提高铝合金的力学性能和增强组织致密性，在铝合金中加入稀土元素已成为晶粒细化的有效方法。
Ce 是铝合金常用的稀土元素，但Ce 化合物存在聚集和长大的问题，其细化作用有限；而稀土Er 不仅能提高铝合金的强度，而且能较大程度地改善铝合金的塑性。
目前，国内已分别研究了Ce 和Er 对铝合金的细化作用[1-2]，但二者对ZL101A 铝合金的组织和性能的对比研究极为少见，尤其是Er 和Ce 在铝合金中产生稀土化合物的差别还未见报道。
由于稀土有各自的优点和不足，采用合适的稀土元素至关重要，对此，本文以ZL101A 铝合金为基体合金，研究了稀土Er 和Ce 的影响，并对二者的作用进行对比和分析探讨，为进一步优化合金性能提供参考。
铈变质ZL101合金的组织和力学性能研究
内蒙古工业大学学报JOURNAL OF INNER M ONGOLIA第27卷 第1期UNIVERSIT Y OF T ECHNOLOGY Vol.27No.12008 文章编号:1001-5167(2008)01-0035-04铈变质ZL101合金的组织和力学性能研究高雷雷1,史志铭2,张秀梅2,孙腾飞1(1.内蒙古工业大学理学院;2.内蒙古工业大学材料科学与工程学院,呼和浩特010051)摘要:本文采用稀土Ce对Z L101合金进行变质处理,从显微组织和力学性能两个方面研究了变质的作用.试验结果表明,稀土Ce减小初晶 -A l的晶粒度,对共晶Si有明显的变质效果,最终提高了合金的力学性能,不同的Ce含量对合金的变质效果不同,Ce添加量为0.1w t%时合金的抗拉强度达到179M P a,延伸率4%.利用此种变质工艺可获得力学性能优良的ZL101合金.关键词:ZL101;铈;变质;显微组织;力学性能中图分类号:T G146.21;T G113.25 文献标识码:A0 引 言 ZL101合金具有较高的比强度,优良的铸造性能、疲劳性能和耐腐蚀性能,因此被广泛应用于航空航天、轮船及汽车工业〔1～2〕.但常规铸态下的ZL101合金,由于初生 (Al)枝晶比较粗大,共晶Si呈针片状分布,合金的力学性能较低〔3〕.因此通常情况下,需要对ZL101合金进行变质处理以改善组织,提高力学性能.目前应用的变质剂元素主要有Sr、Na、Sb等,但是也存在变质衰退、变质元素高温挥发等问题.稀土变质剂由于具有很好的变质长效性和重熔稳定性,并有较好的晶粒细化和精炼作用,因此得到广泛的应用〔4～6〕.国内外有关于混合稀土变质效果的研究报道〔7～9〕,但利用单一稀土Ce对ZL101合金进行变质的研究探索较少.本文将采用单一稀土Ce作为变质剂,考查Ce对ZL101合金的显微组织和力学性能的影响.1 试验方法 试验所用原材料为工业ZL101合金锭和Al-8.65wt%Ce中间合金,ZL101合金锭的化学成分见表1.采用电阻加热炉(石墨坩埚)熔炼ZL101合金锭,当熔体温度达到690℃时,加入中间合金,稀土添加量为0、0.06、0.1、0.15w t%四种成分,保温30m in后,吹氮气精炼3min,然后浇入厚度为40m m的金属模型,模型预热温度为200℃,自然冷却.表1 ZL101合金锭的化学成分,wt%组分Si M g Fe T i A l含量 6.940.380.120.15余量将浇铸好的合金锭加工成直径为10m m的标准拉伸试样,在W AW-500DL型试验机上进行拉伸试收稿日期:2006-11-13基金项目:教育部“春晖计划”项目作者简介:高雷雷(1982～),男,固体力学专业,2004级研究生.验,加载速度为0.5mm /min,在LEICA DM /LM 型光学显微镜下进行组织观察与分析.2 试验结果与分析2.1 铈变质对合金显微组织的影响图1为未变质和变质状态下的合金铸态组织,由图可看出,未变质组织中初生 (A l)晶粒较粗大,共晶Si 的形态以针片状为主,且分布不均匀.经过变质后,组织中的初生 (Al )晶粒尺寸明显减小;共晶硅形成细小的颗粒状,变质效果显著.(a ) 未变质 (b )0.06w t %Ce(c)0.1w t%Ce (d)0.15w t%Ce图1 合金的显微组织,4%硝酸酒精腐蚀 为了定量表示Ce 变质对合金组织的影响,用SISC IASV 8.0软件测量了不同成分合金的共晶Si 尺寸,并用共晶Si 颗粒的平均当量直径D 进行表征.添加不同变质剂的合金的D 值及当量直径的分布如图2及表2所示. 由图2及表2可知,Ce 添加量为0.1w t%合金的平均当量直径为8.6 m,明显低于其它成分的合金,以当量直径在5—10( m )范围内的共晶Si 所占比例为例,此种成分合金所占比例为75%,较其它几种合金高,说明添加0.1w t%Ce对合金中共晶硅的变质效果最好.图2 不同变质剂添加量的合金的共晶Si 平均当量直径36内蒙古工业大学学报2008年表2 不同变质剂添加量的合金中共晶Si 当量直径统计表Ce(w t %)共晶Si 当量直径所占比例(%)5～10( m)10～15( m)15～20( m)≥20( m)016.39.018.756.00.0642.828.518.210.50.175.016.3 5.3 3.40.1539.838.110.811.32.2 铈变质对合金力学性能的影响添加不同含量变质剂的合金的抗拉强度 b 和延伸率!如图3所示.图3 添加不同含量变质剂的合金的力学性能 可以看到,变质合金与未变质合金相比,其力学性能总体呈上升趋势,Ce 的添加量为0.1w t %的合金性能最好,其抗拉强度比未变质合金提高16%,延伸率提高91%.Ce 含量继续增加时,两项指标均下降.2.3 合金的质量指数比较通常情况下,合金的力学性能与初生 (Al )尺寸和共晶Si 的形态〔10～12〕有关.为了考查Ce 变质对力学性能的影响,引用质量指数Q 〔13〕进行表征(公式1),添加不同含量变质剂的合金的Q 值如图4所示.式中 b 为抗拉强度,!为延伸率.Q = b +150×lg(100×!)(1) 由图4可以看出,Ce 含量0.1w t%合金的质量指数明显高于其它成分的合金.因此,适量添加Ce 可显著提高合金的力学性能.3 变质机理讨论 有关稀土元素的变质机理有多种说法,主要有以下几种:孪晶凹角沟槽机制(TPRE)、异质形核说、抑制生长理论、共晶Si 粗糙界面长大机制等〔14〕.在未变质组织中,共晶Si 的生长机制是T PRE 机制,即Si 孪晶晶核构成的凹角沟槽部位可作为Si 相的形核部位,从而使Si 相在{111}面上沿[211]方向迅速各向异性长大成板条状共晶Si〔15〕.通过变质,稀土Ce 吸附在Si图4 不同成分合金的质量指数相孪晶沟槽中,打破了其原有生长方式,产生分枝,Ce 在枝晶末端富集,造成共晶Si 的熔断,使共晶Si 呈短棒状、短纤维状及颗粒状,明显改善了共晶Si 的形态.37第1期高雷雷等 铈变质ZL 101合金的组织和力学性能研究38内蒙古工业大学学报2008年4 结 论 添加稀土Ce对ZL101合金显微组织有明显的变质效果,在对共晶Si变质的同时也起到细化初晶 (Al)的作用,因此提高了合金的力学性能.当Ce添加量为0.1w t%时,抗拉强度达到179MPa,延伸率达到4%.参考文献:[1] 余伦.A356合金力学性能的工艺研究[J].湖南有色金属,2004,(1):23～25.[2] D.A pellan,S.Shiv kuma r,G.Sigw o rth.F undamental aspects o f heat tr eatment of cast A l-Si-M g allo ys[J].A FST rans,1989,(97):727～741.[3] 张冀粤,王智民,黄积荣,等.不同变质剂对ZL101合金共晶硅粒状化的影响[J].特种铸造及有色合金,2000,(6):32～34.[4] 樊刚,程刚.稀土金属在铸造铝合金中的应用[J].昆明理工大学学报,2002,27(2):13～15.[5] 倪红军,孙宝德,蒋海燕,等.稀土熔剂对A356合金二次枝晶臂间距的影响[J].中国有色金属学报,2002,12(5):940～944.[6] 廖恒成,孙瑜,孙国雄,等.混合稀土对Sr变质近共晶A l—Si合金组织的影响[J].中国有色金属学报,2000,10(5):640～644.[7] 李华基,李革胜,刘昌明,等.富镧混合稀土变质的A357合金[J].中国稀土学报,2001,19(1):62～65.[8] Chang J.Cr ystal mo rpholog y of eutectic Si in r are eart h modified A l-7w t%Si allo y[J].Jo ur nal o f M at eria ls ScienceL ett ers.2001,20(14):1305～1307.[9] N o git a,K azuhiro.Eutectic mo dificatio n o f A l-Si allo ys w ith r are ear th M et als[J].M at erials T ransactio ns.2004,45(2):323～326.[10] 高泽生.A356合金(A l)的晶粒细化[J].特种铸造及有色合金,1999,(5):26～27.[11] 赵玉涛,傅现强.铝合金车轮材料A356中钠与锶变质差异[J].江苏理工大学学报,1999,20(1):55～58.[12] 赖华清,徐翔,范宏训.稀土在铸造铝合金中的作用[J].热加工工艺,2001,(5):37～39.[13] 徐才录,H.M.T ensi,R.Ro esch,等.凝固条件和热处理及微量锶对一种Al-Si合金组织和性能的影响[J].金属热处理,1998,(2):1～5.[14] 孙伟成,张淑荣,侯爱芹.稀土在铝合金中的行为[M].北京:兵器工业出版社,1992.200～203.[15] 易宏坤.稀土La及喷射沉积对铝硅合金的组织与性能影响研究[D].上海:上海交通大学,2003.T HE ST U DY O N M ICROST RU CT U RE A N D M ECHA N ICA LPROPER T Y OF Ce-M O DIFIED ZL101AL U M IN IU M AL LOY SGAO Lei-lei1,SHI Zhi-m ing2,ZH ANG Xiu-mei2,SUN Teng-fei1(1.S chool of Science,I nner M ongolia University o f T echnology,H ohhot010051,China;2.School o f M ater ials Science and Engineer ing,I nner M ongolia University o f T echnology,H ohhot010051,China) Abstract:The present w ork fo cuses o n studying microstructure and mechanical pr operty o f ZL101 alum inum alloy by the Ce m odification process.T he exper im ental results sho w that adding rare ear th Ce can gr eatly reduce the g ranularity of primary -A l and has a significant m odification effect on eutectic Si,so increases the mechanical pro perty of the alloy.A different amount of Ce addition has a different effect on the modification of alloy.Adding0.1w t%Ce m akes the tensile streng th arrive at179 M Pa and elong atio n at4%.It is suggested that this process can help obtain an alloy w ith an ex cellent mechanical proper ty.Keywords:ZL101;Cer ium;modification;micr ostructure;mechanical proper ty。
ZL101A铝合金变质效果研究
ZL101A铝合金变质效果研究铝硅合金在消失模铸造铝合金运用中占有重要位置。
而消失模铸造铝合金中，由于初晶硅相、共晶硅相大量存在，以及铝元素的吸氢特性，导致铝合金铸件多种铸造缺陷及铸件机械强度不够。
本文通过实验并经过金相检验及力学性能测试证明，在铸造过程中添加变质剂能有效的改善这些问题。
标签：铝合金变质；消失模铸造；金相检验1 变质处理铝合金变质处理就是，在铝合金熔铸过程中，加入别的元素，通过这些元素作用于合金中的金属相，使其凝结过程发生一定变化，从而达到细化晶粒或者改变晶粒的形态的作用。
现在铸造工业中，选用的变质剂种类比较多，主要有Na 盐、K盐、Be盐、稀土类、还有Sr元素等。
变质方式主要有以下三种：a.改变、细化初晶硅；b.细化、改变共晶硅；c.改变杂质相。
本文所研究的是钠盐和锶合金（含锶10%）对ZL 101A的变质效果。
2 实验2.1 实验方案2.1.1 按照日常生产配料熔炼铝水，待铝锭、配料完全溶解，熔炼结束后按照生产工艺继续铝水精炼，精炼结束后将铝水自熔炼炉导入保温炉（在铝水流入保温炉的过程中加入变质剂）待温度达到720℃后保温1小时，在特定的磨具中浇铸检测试样，并浇铸2组（每组3根）拉力试棒。
未变质的标注a，钠盐变质为b，锶变质为c。
拉力试棒也依次标注a，b，c。
2.1.2 在相同的冷却条件下，待试样完全凝结冷却后，在试样相同部位截取相同长度的试块，并做好标识。
拉力试棒的加工按铝合金拉力试棒标准加工车制。
2.1.3 对试样a，b，c进行加磨制，抛光，腐蚀加工，进行金相检测，硬度检测，拉力试棒进行抗拉测试。
2.1.4 对检测结果进行分析研究。
2.2 实验过程及结果3结束语金相图片显示，通过钠盐或者锶变质共晶硅的形态基本都被细化了，铝合金的机械性能和硬度得到良好的改善提高。
另外该次实验的生产条件下锶合金的变质效果要比钠盐的变质效果好一点，钠盐的变质效果比较缓慢一点，金相图片显示还有部分变质不足，而锶合金的变质速率比較快，金相图片中依然有部分晶粒出现变质衰退迹象。
SiC_pGrZL101复合材料显微组织力学性能断裂方式阻尼性能耐磨性能论文
半固态搅拌制备SiC_p/Gr/ZL101复合材料组织与性能研究【摘要】采用半固态搅拌常规温度(730℃)重力浇注和半固态搅拌低过热度(630℃)重力浇注两种工艺方法制备出了碳化硅(SiCp)和石墨(Gr)颗粒复合增强ZL101铝基复合材料,并研究了体积分数不同的增强颗粒对复合材料组织与性能的影响。
研究表明：通过以上两种工艺,能够制备出增强颗粒分布均匀,且与基体合金结合良好的颗粒增强铝基复合材料。
为了解决增强颗粒与基体合金浸润性差以及分布不均匀等问题,在搅拌复合之前,对SiCp进行1000℃的高温焙烧预处理；在复合材料熔炼制备的过程中,当合金熔化并冷却到液固相线温度之间(600℃)时,加入经300℃预热的SiCp和Gr,并将搅拌桨转速设定为1400rad/min,由此产生的漩涡可以把两种增强颗粒卷入到熔体中,稳定搅拌时间为15min,之后随着合金熔体升温至浇注温度,搅拌速度逐渐减慢。
通过显微组织观察、拉伸测试、断口扫描分析、阻尼性能测试、耐磨性能测试等方法研究了SiCp/Gr/ZL101复合材料的显微组织与性能。
金相显微组织分析表明：当浇注温度为730℃时(工艺一),ZL101合金中的初生相为枝晶态的α-Al,而当浇注温度为630℃(工艺二)时,ZL101... 更多还原【Abstract】 SiCp/Gr/ZL101 aluminum matrix composites wereprepared by combining semi-solid stirring and gravity pouring method of normal temperature and low superheat. The temperature of the two preparation methods is respectively 730℃and630℃.And the effects of SiCp and Gr with different volume fractions on the microstructure and property of aluminum-based composites were studied. The result shows that the reinforced particle is dispersive and well combined with the matrix alloy by the two preparation meth... 更多还原【关键词】SiC_p/Gr/ZL101复合材料；显微组织；力学性能；断裂方式；阻尼性能；耐磨性能；【Key words】SiC_p/Gr/ZL101 composites；microstructure；mechanical property；fracture mode；damping property；wear resistance property；摘要3-5ABSTRACT 5-7第一章绪论10-301.1 铝基复合材料概述10-111.1.1 复合材料101.1.2 铝基复合材料及主要类型10-111.2 颗粒增强铝基复合材料概述11-151.2.1 颗粒增强铝基复合材料的主要类型111.2.2 颗粒增强铝基复合材料的研究现状与应用11-151.3 颗粒增强铝基复合材料的制备方法与工艺15-181.3.1 强制加入法15-161.3.2 原位反应合成法16-171.3.3 铸造法17-181.4 搅拌法制备颗粒增强铝基复合材料存在问题及解决方法18-221.4.1 增强颗粒与铝合金液的润湿性问题18-191.4.2 增强颗粒与铝合金液的界面反应问题19-201.4.3 增强颗粒在铝合金液中的均匀分布问题20-221.4.4 颗粒增强铝基复合材料的孔隙率问题221.5 选题背景与研究意义22-251.5.1 课题的研究现状22-231.5.2 课题研究的意义与展望23-241.5.3 课题研究的主要目的和内容24-25参考文献25-30第二章实验方案及制备工艺30-422.1 实验材料及设备30-322.1.1 基体材料30-312.1.2 增强相312.1.3 实验设备31-322.2 SiC_p/Gr/ZL101复合材料的制备工艺32-332.2.1 SiC_p的预处理322.2.2 Gr的预处理32-332.2.3 基体合金与增强颗粒体积分数的确定332.3 SiC_p/Gr/ZL101复合材料的制备工艺过程33-362.4 分析方法36-382.4.1 光学显微镜金相组织分析362.4.2 力学性能测试36-372.4.3 阻尼性能的测试37-382.4.4 磨损测试382.5 课题研究的技术路线38-40参考文献40-42第三章SiC_p/Gr/ZL101复合材料组织与力学性能42-563.1 SiC_p/Gr/ZL101复合材料的金相组织42-453.2 SiC_p/Gr/ZL101复合材料的力学性能45-553.2.1 硬度测试分析45-473.2.2 拉伸实验测试分析47-503.2.3 断口扫描分析50-533.2.4 SiC_p/Gr/ZL101复合材料断裂行为的研究53-55参考文献55-56第四章SiC_p/Gr/ZL101复合材料阻尼性能56-624.1 前言564.2 SiC_p/Gr/ZL101复合材料的阻尼性能56-604.2.1 位错阻尼57-584.2.2 界面阻尼58-60参考文献60-62第五章SiC_p/Gr/ZL101复合材料耐磨性能62-685.1 SiC_p/Gr/ZL101复合材料耐磨性能62-64 5.2 SiC_p/Gr/ZL101复合材料磨损形貌图64-67 参考文献。
ZL101A力学性能的研究
▪
(GB/T 1173-1995)
铸造方法及其热处理工艺参数
▪ 砂型铸造，必须进行变质处理(SB) ▪ 钠或锶 ▪ 合金状态：T6（固溶处理后完全人工
时效）大部分铸铝合金采用T6规范
重力铸造和低压铸造
对ZL101A铝合金的力学性能和 微观组织的影响
▪ 参考文献：《低压铸造对ZL101A合金力学性能的改善》 ——西北工业大学、
广西大学
▪ 160度处理可以得到较好的综合性能（强度和塑性）
▪ 低压铸造充型平稳，减少氧化夹杂；凝固 时具有一定的压力，枝晶间补缩的效果显 著。同时其凝固速度较重力浇注也快得多， 微观组织更加致密。从而使低压浇注比重 力浇注的力学性能，特别是伸长率大幅度 提高。
固溶处理
▪ 固溶处理温度540±5℃，保温时间6~10h， 水冷60~100℃
▪ 为获得良好的时效强化效果,在不发生过热、 过烧及晶粒长大的条件下，淬火加热温度 高些，保温时间长些，有利于合金元素充 分融入基体中，从而获得最大过饱和度的 均匀固溶体。 也即有更好的力学性能。
时效工艺
▪ 参考文献：《时效工艺对ZL101A合金性能的影响》
▪
——北京航空材料研究院
ZL101A合金比较理想的时效制度 为170℃,保温9～13h。
固溶处理?固溶处理温度5405保温时间610h水冷60100?为获得良好的时效强化效果在不发生过热过烧及晶粒长大的条件下过烧及晶粒长大的条件下淬火加热温度高些保温时间长些有利于合金元素充分融入基体中从而获得最大过饱和度的均匀固溶体
ZL101A力学性能的研究
▪ 主要元素：
▪ Al ▪ Si 6.5~7.5 ▪ Mg 0.25~0.45 ▪ Ti 0.08~0.20
ZL101铸造铝合金硅的光谱分析方法研究解析
ZL101铸造铝合金硅的光谱分析方法研究摘要本文针对影响铸造铝合金光谱分析质量的关键问题：Si元素的分析结果不稳定、准确度不高，通过分析优化,利用自制的随炉控样,在贝尔德DV5型光谱仪上成功地完成了该合金的光谱分析方法试验工作；并完善了该合金的光电直读分析方法，使分析结果更加准确可靠及稳定。
关键词分析优化；随炉控样；稳定中图分类号TG2 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）58-0089-02 Spectrometery Method Study of ZL101 Molten Aluminium AlloyZHOU LiEngineering Department,Hongdu Aviation Industrial Group,Nanchang 330024Abstract This paper was directed against on the key problem ofZL101 molten aluminium alloy’s spectrometery quality , the resul t s of Si element was unstable and unaccurated. Based on analyzing optimization , applied in self-made control sample paid off quite well on the baird DV5 spectrometery , analysing results of the method was more accurate and stability.Keyword Analyzing optimization；Self-made control sample；stability0 引言ZL101是亚共晶铸造铝合金，属于高合金化的Al-Si-Mg系合金,具有密度小、强度高、耐腐蚀及铸造性能好等特点，广泛的应用于制造行业中。
高强ZL101A复杂承载铸件变质与性能优化研究
织等四个学习领域㊂(3)第三篇:铁路货运组织㊂含货物运输基础认知㊁发送作业组织㊁途中作业组织㊁到达作业组织等四个学习领域㊂(4)第四篇:接发列车工作㊂含车站技术作业㊁列车运行图㊁接发列车认知㊁接发列车相关规定㊁特殊情况下接发列车等五个学习领域㊂(5)第五篇:铁路调车工作㊂含调车工作基本要求㊁调车准备作业㊁驼峰作业㊁平面牵出线作业㊁编组列车作业㊁摘挂列车作业㊁取送车辆作业㊁停留车作业等八个学习领域㊂4.5㊀课程评价4.5.1㊀评价主体㊁周期及对象该课程评价由该课程责任教师负责实施,行业或企业相关利益方可对评价结果的使用及修订提出意见及建议;评价周期为1学期;评价对象是修习本课程的学生㊂4.5.2㊀评价方法(1)突出过程评价,结合课堂提问㊁小组讨论㊁实作测试㊁课后作业㊁任务考核等手段,加强实践性教学环节的考核,并注重过程考核㊂(2)强调课程结束后的综合评价,结合一个实际铁道运输专业综合应用场景,让学生介绍相关专业设施名称,并介绍其作用㊂充分发挥学生主动性和创造力,注重考核学生动手能力和在实践中分析问题㊁解决问题的能力㊂(3)建议在教学中分目标模块进行评分,对各部分评价权重或分值分配提出建议,并对目标达成情况进行评价㊂(4)具体说明:目标达成评价值=实际平均分/目标分值㊂过程评价包括教学过程中对学生的考勤㊁态度㊁任务完成㊁专项技能训练等进行评价;终期评价为期终考试,主要包括笔试和综合技能测试㊂课程按百分制进行考评,平时成绩和期终成绩总分均为100分,占课程总成绩比例分别为50%和50%;其中,过程评价结果为平时成绩,终期评价结果为期终成绩;学生课程成绩=平时成绩∗50%+期终成绩∗50%㊂4.5.3㊀结果判断及运用(1)课程成绩达到60分及以上,则通过本课程的学习;课程目标达成评价值达到0.6及以上,则本课程的目标达成为 合格 ㊂(2)若未通过本课程学习,建议重修课程;若本课程的目标达成不合格,建议重开本课程,并对课程实施过程进行改进和完善㊂5㊀结语实施 中文+职业技能 教育是推动国际中文教育和职业教育融合发展的重要举措,能够将国内技能鉴定标准㊁行业标准输出,是国家软实力的集中体现㊂但在项目推进过程中也存在如培养㊁认证的 中文+职业技能 双向师资力量不足, 中文+职业技能 国际推广基地建设不完善,项目管理运行机制不成熟等问题,随着 一带一路 深入,应不断凝练 中文+ 教育创新发展方向,推动中文的国际传播㊂参考文献[1]耿虎,马晨. 一带一路 中文+ 教育发展探析[J].闽南师范大学学报(哲学社会科学版),2021,35(01): 117-124.[2]教育项目研究组.构建 中文+职业技能 教育高质量发展新体系[J].中国职业技术教育,2021,(12):119-123. [3]曾广煜.卢旺达 中文+职业技能 教育实践与理论探索[J].中国投资(中英文),2022,(Z4):48-51.高强ZL101A复杂承载铸件变质与性能优化研究王晓明㊀刘㊀鹏㊀孙厚礼(中车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东青岛266111)摘㊀要:针对ZL101A合金以及铸件的结构特点及性能要求,开展了ZL101A合金的综合性能优化㊂本文从变质工艺㊁熔体处理㊁晶粒细化等3个方面进行了研究㊂结果表明:采用Sr变质,结合六氯乙烷与氩气旋转喷吹复合精炼,可有效提升ZL101A合金的综合力学性能,生产的铸件本体切取力学性能最高可达σbȡ320MPa,σp0.2ȡ270MPa,δ5ȡ10%㊂关键词:ZL101A合金;变质处理;晶粒细化中图分类号:TB㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀doi:10.19311/ki.1672-3198.2023.10.0801㊀概述铝合金铸件由于质量轻,比强度高,使得铝合金铸件在航空㊁航天㊁兵器及高铁等行业的需求量越来越大㊂随着高速磁浮交通的发展,铸铝件的需求量将逐渐扩大,时速600km/h的运营时速对铸铝件的综合服役表现也提出了更高的要求㊂高速磁浮铸铝件具有结构复杂㊁㊃832㊃薄壁异形的特点,传统铸造工艺难以满足其内部质量和本体性能要求㊂而铝硅系铸造铝合金的变质处理效果直接关系铸铝件内部质量和本体性能㊂工程上采用Sr㊁Na /K 等碱土金属对亚共晶硅铸造铝合金变质已有近50年,国外在相关方面的研究较国内早,也更全面㊂Na(K)元素的有效变质时间较短,一般不超过30分钟,且钠㊁钾盐对坩埚㊁天车等金属制件腐蚀明显,因不适用于工业生产现已慢慢淘汰㊂Sr 元素的有效变质时间可达到6小时,在20世纪80-90年代被广泛采纳,但由于其吸H(氢)倾向大且回炉料无法重复利用,国外工业体系已逐渐淘汰Sr 元素变质㊂目前,关于Sr 造成熔体吸氢的原因暂未达成共识,部分学者认为Al -Sr 中间合金存在Sr -H 化合物,在后续熔炼造成析氢;也有学者认为Sr 元素易吸水氧化,造成熔体吸氢㊂本文以高速磁浮关键承载复杂铸件托臂为对象,针对传统的Sb(锑)㊁Na(钠)㊁Sr(锶)三种有代表性的变质效果进行研究,通过优化Sr(锶)变质工艺提升铸件内部组织及本体性能㊂2㊀Sb (锑)变质铸件图1为经Sb(锑)变质的金相组织㊂依据前期生产经验,当Sb(锑)元素添加量为0.1%时,共晶硅变质效果最好,当Sb(锑)超过0.12%时,共晶硅开始粗化长大㊂可以看出,微观组织由性质不同的α-Al 相和共晶Si 相组成,α-Al 相有较好的塑性,Si 相属脆性相,为典型的两相合金㊂经Sb(锑)变质的共晶硅呈针状和板片状,因其受冷却速度的影响较大,采用砂铸生产的铸件变质效果一般,局部仍存在较粗大的片状共晶硅组织㊂经对比JB /T 7946.1-2017标准,Sb(锑)变质组织属于变质不充分级别㊂图1㊀铸件Sb (锑)变质金相组织经铸件本体取样检测,Sb(锑)变质后铸件的力学性能波动较小,抗拉强度为267-287MPa,屈服强度为235-247MPa,延伸率为2.0-3.5%㊂强度指标较高,延伸率较低㊂图2为Sb(锑)变质铸件的本体拉伸断口㊂可以看出,该视场区域未见疏松㊁针孔或夹杂类缺陷㊂拉伸断口呈现较多撕裂棱,大部为准解理台阶,少数表现出拉长的韧窝,但韧窝尺寸较小且较浅,合金具有一定的塑性㊂图2㊀Sb (锑)变质铸件本体拉伸断口3㊀Na (钠)变质铸件图3为采用Na(钠)变质的ZL101A 合金微观组织㊂可以看出,试样中存在明显的发气引起的疏松(孔洞)缺陷㊂局部放大可以看出,有效变质区域共晶硅均呈现细小的球化共晶硅颗粒,这是由于在铝液温度降低到液相线附近时,微溶于Al 中的Na(钠)元素开始析出,形成高度弥散的Na(钠)胶状质点,它们可吸附于硅的晶核表面,形成一层Na(钠)的薄膜,阻碍硅晶体长大,使硅结果过冷度增加㊂图3㊀采用Na (钠)变质的ZL 101A 合金微观组织图4为采用Na 变质的ZL101A 合金断口组织㊂可以看出,试棒断口整体疏松较多,分布在试棒外部和内部;同时,可观察到未熔的Na 盐存在,这对试棒的力学性能和疲劳性能有较大影响㊂图4㊀采用Na (钠)变质的ZL 101A 合金断口组织㊃932㊃4㊀Sr (锶)变质图5为常规工艺采用Sr(锶)变质工艺的铸件微观组织,Sr 添加量为0.04%㊂可以看出,铸件晶粒尺寸约150μm,与Sb(锑)变质的晶粒尺寸接近㊂此外,可以看到铸件中存在粗大的枝晶组织和大量的孔洞㊁疏松,Sr(锶)变质易造成熔体吸气,导致铸件内部出现超标针孔和疏松缺陷㊂此外,可以看到,经Sr (锶)变质后,共晶硅的尺寸明显细化,由Sb(锑)变质的针孔(或板状)改善为球状或短棒状㊂不论是针孔或是疏松,均会在孔洞的表面形成氧化膜,氧化膜充当一种杂质,与基体结合往往不紧密,在外应力存在条件下,这些缺陷(气孔㊁氧化物等)起到了缺口作用,会在周围引起应力集中,严重影响疲劳性能㊂图5㊀常规工艺变质的铸件本体因Sr 变质有效周期长,共晶硅球化效果好,Sr 变质铸件组织更均匀,综合考虑工程化应用便捷性,本项目选择以Sr 变质为研究对象,在此基础上对熔体处理和铸件内部质量提升进行研究㊂5㊀低发气量Sr (锶)变质与性能优化在ZL101A 合金中加入微量Sr(锶)变质,无论是Sr(锶)以破坏表层氧化膜或是以易吸附[H]原子造成熔体吸气机理为主导,这都会导致铸件中针孔㊁气孔和疏松等内部缺陷的增加㊂因此,研究Sr(锶)变质的去气化十分重要㊂(a)㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(b)图6㊀不同精炼工艺下的断口形貌分析(a )C2Cl6精炼;(b )C2Cl6(多加30%)+氩气精炼+真空抽气㊂对于铝合金熔体净化,最常见㊁有效的工艺是采用C 2Cl 6精炼,其精炼作用是氯化铝气泡吸附熔液中的气体和悬浮在熔液中的固态夹杂物㊂图6为在熔炼工艺改善前㊁后的试块断口情况㊂图6a 为经质量分数为0.6%精炼剂(C 2Cl 6)精炼后的断口,可以看出精炼后的熔体断口呈灰色,且断面存在明显的大尺寸白点(针孔)和少量黑色夹杂㊂图6b 为增加30%精炼剂(质量分数为0.78%),然后采用高纯氩气喷吹处理(喷吹20min)后,然后进行真空抽气的断口㊂可以看出,加强精炼后,断面白点(针孔)数量明显减少且白点尺寸明显变小,熔体冶金质量提升明显㊂图7为采用熔体优化处理工艺后Sr(锶)变质的铸件本体金相组织㊂可以看出,相对于Sb(锑)变质而言,采用Sr(锶)变质可以有效球化㊁细化共晶硅组织,共晶硅多呈短棒状和球状,晶粒尺寸约70μm㊂此外,经熔体优化工艺处理㊁热处理调控工艺处理(后面详细阐述)后,基体中的针孔㊁疏松缺陷明显减少㊂图7㊀采用熔体优化工艺的Sr (锶)变质铸件本体金相组织经测试,优化工艺后铸件本体拉伸力学性能达到σbȡ320MPa,σp0.2ȡ270MPa,δ5ȡ10%㊂6㊀结语(1)针对传统铸造工艺,Sb 变质㊁Na 变质不适用于大型复杂承载结构件,Sb 变质铸件存在组织变质不足问题,Na 变质有效期短㊁铸件组织不均匀,以上对铸件性能均有不利影响;(2)相比Sb 变质,Na 变质㊁Sr 变质后的共晶硅变质效果最好,添加一定量的Sr 后,共晶硅组织呈细小㊁短棒状,但容易造成熔体吸气,基体中存在明显针孔和疏松;(3)Sr 变质更适用于高强ZL101A 复杂承载铸件研制与生产,采用六氯乙烷+旋转喷吹可有效减少熔体中的氢含量,减少铸件吸氢,可大幅提升铸件内部质量和力学性能㊂参考文献[1]严陆光,徐善纲,孙广生,等.高速磁悬浮列车的战略进展与我国的发展战略[J ].电工电能新技术,2002,21(4):1-8.[2]郑来苏.铸造合金及其熔炼[M ].西安:西北工业大学出版社,1994.[3]何毅,杨湘杰,方立高,等.A356合金半固态挤压铸造数值模拟及模具优化[J ].特种铸造及有色合金,2017,(2):160-162.[4]陈宇强,张文涛,张浩,等.T6I6处理对Al-Si-Mg-Cu 铸铝时效析出及疲劳行为的影响[J ].材料导报,2020,(7):14122-12128.㊃042㊃。
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第32卷第3期2011年9月 力 学 季 刊CHINESE QUART E RLY OF MECHANIC SVol.32No.3 Sep.2011 ZL101铝合金应力腐蚀特性研究李 晨,孟祥琦,刘 畅,许金泉(上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院工程力学系,上海200240)摘要:研究了初始应力对于ZL101铝合金应力腐蚀的影响。
采用自制载荷传感器确定试样加载线上的载荷从而确定其应力强度因子。
通过ZL101铝合金在腐蚀溶液中的应力腐蚀实验,测定了不同应力状态下的起裂时间,分析了初始应力与起裂时间的关系。
结果表明:ZL101铝合金在拉伸状态下的腐蚀裂纹扩展比较剧烈,而压缩状态下的裂纹扩展比较缓慢平稳。
压缩应力状态下的起裂时间比拉伸应力状态下的要长,拉伸状态下材料对于应力腐蚀更为敏感。
收稿日期:2011-01-11作者简介:李晨(1986-),男,上海人,硕士研究生.研究方向:金属应力腐蚀与腐蚀疲劳.关键词:铸造铝合金;ZL101;应力腐蚀中图分类号:O346.4 文献标识码:A 文章编号:0254-0053(2011)03-338-05Research on Stress Corrosion Cracking of ZL101Alumin um AlloyLI Chen,MENG Xiang-qi,LIU Chang,XU Jin-quan(School of Naval Architecture,Ocean and Civil Engineering,S hanghai Jiaoto ng University,Shanghai200240,China)Abstract:The influence of initial stress on stress corrosion cracking of ZL101aluminum alloy was re-searched.The force of specimen loading line was measured by self-made loading sensors which could re-present the stress intensity factor.The stress corrosion cracking time at different stress state was tested and the relation between initial stress and cracking time was analyzed through stress corrosion cracking tests of ZL101.The results indicate that the crack growth is severe under tension stress and it is slow and gentle under pressure stress.The cracking time under pressure stress is later than which under tension stress and it is more sensitive to stress corrosion under tension stress.Key words:cast aluminum alloy;ZL101;stress corrosion ZL101铝合金具有良好的铸造性能、可热处理强化性能、流动性好、热裂倾向低等优点,成为汽车、航空领域广泛应用的Al-Si系铸造铝合金。
近年来,关于铝合金成分、组织与性能之间的关系做了大量研究,以提高铝合金的力学性能[1～4],但对于ZL101铝合金抗腐蚀性能研究较少。
有研究表明,ZL101铝合金腐蚀的主要原因是共晶硅沿晶界分布,共晶硅和基体之间存在电位差,形成大阳极小阴极的腐蚀电池,基体作为阳极被腐蚀。
晶界腐蚀敏感性低,但是内应力或杂质偏聚会增加晶间腐蚀敏感性,增大晶间腐蚀级别。
另外,ZL101铝合金在3.5%NaCl水溶液中应力腐蚀敏感性较高,其应力腐蚀强度因子K1SC C=8.45MPa·m1/2。
应力腐蚀开裂时阳极溶解和机械损伤共同作用的结果,以阳极溶解为主,其断口为穿晶脆断形貌[5,6]。
本文为了研究初始应力对ZL101铝合金应力腐蚀的影响,对不同初始应力状态下的试样进行应力腐蚀试验。
在GB/T15970的基础上使用自制的螺栓传感器测量试样所受载荷。
确定腐蚀溶液对ZL101铝合金破坏行为的影响,包括缺口处的起裂时间和开裂过程。
试验结束后用扫描电镜观察断口形貌。
D OI:10.15959/ ki.0254-0053.2011.03.0031 试验1.1 试验材料本文使用的材料为ZL101铝合金,所有试件取自同一块铝合金锭,通过应变测量表征裂纹的扩展。
试件形状尺寸及应变片位置如图1所示。
图1 试件示意图Fig .1 Stress co rro sion specimen1.2 自制载荷传感器使用紧凑拉伸试样的应力腐蚀试验通常采用位移控制。
为了获得加载线上的荷载值从而确定其应力强度因子,本文使用自制的载荷传感器,其形状尺寸如图2所示。
两种传感器均加工出两个相对的平台,两面贴上应变片以消除测量轴向应变时的弯曲影响。
拉应力传感器从拉应力试件一端旋紧在裂纹尖端产生拉应力;压应力传感器从试件加载线穿过,另一端用螺母紧固,在压应力试件裂纹尖端产生压应力。
连接应变片的导线从传感器开的小孔中引出。
图2 自制载荷传感器示意图Fig .2 Self -mad e force sensors1.3实验方法(1)对每个螺栓传感器进行标定以确定载荷与应变的对应关系。
(2)为了得到两种材料拉伸压缩断裂的极限强度,进行常温破坏性试验,确定试件破坏时螺栓传感器339第3期 李 晨,等:ZL 101铝合金应力腐蚀特性研究所能达到的最大应变,即破坏所能达到的最大载荷。
表1为试验结果。
表1 预备试验结果Tab .1 Preliminary test result拉伸压缩K I C (MPam 1/2)156.80158.69(3)通过常温破坏试验确定应力腐蚀实验的加载载荷,拉、压各分3个加载等级,为了加速腐蚀,实验在3.5%HCl +NaCl 饱和溶液中进行。
表2 试验加载信息表Tab .2 Test lo ading d ataK I (MPam 1/2)加载等级123铝合金拉伸压缩117.60119.0278.4079.3539.2039.672 试验分析根据试验数据作出应变-时间曲线。
图3是ZL101铝合金在拉伸载荷K I =117.60MPam 1/2下的应变-时间曲线。
从图中可以看到在整个腐蚀过程中铝合金在1小时左右集中发生多次次裂纹扩展,之后应变值先回到初始位置后缓慢的变大。
图4是ZL101铝合金在压缩载荷K I =79.35MPam 1/2下的应变-时间曲线。
应变值首先线性增加,在25小时后趋于平缓,在100小时后开始起裂。
比较图3和图4可以看出,拉伸实验中裂纹扩展比较剧烈,集中在某一段时间内。
而压缩试验中裂纹扩展的过程较为平稳,持续时间较长。
图3 ZL 101铝合金拉伸应力腐蚀应变-时间曲线Fig .3 ZL 101tension stress co rrosio n strain -time curve在拉伸应力状态下,材料晶体组织发生位错,造成材料表面缺陷,在缺陷处发生沿晶腐蚀,形成应力集中,最后材料发生延性破坏[7]。
而在压缩应力状态下,在裂纹尖端形成塑性变形区,处于塑性变形下的区域容易产生腐蚀并产生腐蚀间隙,,从而使腐蚀间隙向前推进,产生新的塑性变形区。
当应力释放到一定程度时,裂纹扩展速率开始趋于平缓直至最后断裂。
这就解释了图4曲线形成的原因。
从图5可以看到扩展裂纹方向发生了偏移,逐渐与应变片方向平行,因而应变值先回到初始位置后缓慢的变大。
也可以看到明显的扩展裂纹和腐蚀边界,观察腐蚀面,发现大量的腐蚀生成物在晶界间析出,340力 学 季 刊 第32卷从其组织结构上看是明显的沿晶腐蚀,可以判断是机械模式的应力腐蚀破坏机制。
ZL101铝合金沿晶腐蚀倾向很小,这是由它的组织特性决定的。
其显微组织主要有铝基体和共晶硅组成。
由于铝基体所占面积很大,共晶硅面积小形成了大阳极小阴极的腐蚀体系,在一定的腐蚀电流下,阳极的腐蚀电流密度很小,使腐蚀进行的很慢,导致沿晶腐蚀发展的很慢。
但是由于热处理过程中产生的初始应力及缺陷会使得ZL101铝合金容易产生沿晶腐蚀。
ZL101铝合金应力腐蚀破坏模式主要是阳极溶解与机械模式。
对于压缩状态下的应力腐蚀,阳极溶解模式更是主要模式。
Chu 等人针对7075铝合金施加不同的拉伸及压缩应力[8],比较其应力腐蚀破坏的开始时间,得到该铝合金在不同应力状态下的应力强度因子与起裂时间的曲线图。
同时还得到,7075铝合金在3.5%NaCl溶液中,拉伸应力腐蚀强度因子K 1SC C =27.6MPa ·m 1/2,压缩应力腐蚀强度因子K 1SCC =8.3MPa ·m 1/2。
图6为ZL101铝合金在不同拉伸压缩应力下应力强度因子关于起裂时间的曲线图。
比较可以看出,处于压缩应力状态下的起裂时间比处于拉伸应力状态下的要长。
在同一应力状态下,应力强度因子与起裂时间负相关。
拉伸应力状态下的曲线关于应力强度因子的变化率大于压缩应力状态下的曲线变化率,说明拉伸状态下材料对于应力腐蚀更为敏感。
其结果与Chu 等人得出的曲线趋势是一致的。
可以发现,图6曲线与金属材料S -N 曲线,仿照其定义如下应力强度因子与起裂时间关系式341第3期 李 晨,等:ZL 101铝合金应力腐蚀特性研究图6 ZL 101铝合金在不同拉伸压缩应力下的起裂时间Fig .6 ZL 101SIF -time curve at different tensio n or pressure stressK I tm =C 通过数据拟合可以确定系数m 和C :拉伸:K I t 0.339=127;压缩:K I t 0.936=4628。
该关系式给出了应力强度因子大于应力腐蚀强度因子情况下应力强度因子与起裂时间的对应关系。
3 结论本文主要通过实验研究初始应力对ZL101铝合金应力腐蚀的影响,得出以下几条结论:(1)ZL101铝合金在拉伸及压缩状态下均能引发应力腐蚀破坏。
(2)拉伸状态下的腐蚀裂纹扩展比较剧烈,而压缩状态下的裂纹扩展比较缓慢平稳。
(3)断口为沿晶腐蚀,应力腐蚀破坏机制为阳极溶解模式与机械模式。
(4)压缩应力状态下的起裂时间比拉伸应力状态下的要长,拉伸状态下材料对于应力腐蚀更为敏感。