富铈稀土对5182铝合金组织演变及性能的影响

来源 :内蒙古工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:niujicun
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5182铝合金由于良好的拉伸性能和成型性,被用作汽车内衬板以及形状复杂的结构件。与其它传统变质剂相比,富铈稀土在铝合金改性方面不仅对铝合金晶粒起到细化作用还能改善合金组织中第二相形貌、大小以及分布。但是,富铈稀土对铝合金组织的变质机理和对性能的强化机制还缺乏系统性的分析。本论文研究了富铈稀土对5182铝合金铸态、均匀化退火态、冷轧态以及再结晶退火态组织的影响,追踪富铈稀土在5182铝合金加工过程中的存在形式,分析了富铈稀土的作用机理以及不同冷轧工艺对其作用的影响,探讨了富铈稀土对5182铝合金性能的强化机制,得出以下结论:(1)通过JMatPro软件对平衡结晶过程的模拟,结合DSC分析以及XRD、TEM对物相鉴定,确定了5182-xMM铝合金主要由α-Al、Mg_2Si、Al_6(Mn,Fe)以及Al_4(Ce,La)相组成。利用不同冷速下富铈稀土的变质效果,推断出富铈稀土的变质机理为成分过冷机制,在结晶过程中,富铈稀土富集在固液界面前沿,一方面,导致该区域内产生成分过冷,促进二次枝晶、三次枝晶的生长,当富铈稀土含量为0.2%时,晶粒尺寸由90.96μm减小到43.95μm,细化效果最佳,含量增多会促进Al_4(Ce,La)相及早的形核长大,减弱细化效果;另一方面,减低溶质再分配的效率,抑制Mg_2Si相连续网状的生长方式,提高基体中Mg元素的固溶量。此外,富铈稀土还会包裹在初生的Al_6(Mn,Fe)相周围,抑制Al_6(Mn,Fe)相的生长,并且防止Cr、Si元素溶入到Al_6(Mn,Fe)相中。通过对力学性能的讨论,确定了富铈稀土对力学性能的强化机制主要以细晶强化和固溶强化为主。(2)通过偏光显微镜、XRD和SEM对5182-xMM铝合金均匀退火后组织演变进行了观察分析。均匀化退火对合金晶粒尺寸几乎没有变化,富铈稀土对α-Al的晶粒细化优势依然明显。Mg_2Si相在均匀化退火过程中发生溶解,使5182-0.2MM和5182-0.4MM铝合金中Mg_2Si相网状结构彻底消失;Al_6(Mn,Fe)相在均匀化退火过程中基本没有溶解,但是,5182铝合金中的杂质元素Cr、Si未能从Al_6(Mn,Fe)相中完全扩散至α-Al晶格,均匀化退火后相的尺寸较大,硬度较高;5182-0.2MM和5182-0.4MM铝合金中的Ce、La从Al_6(Mn,Fe)相中充分扩散至相界,促使Al_6(Mn,Fe)相边缘处Al_4(Ce,La)相形核长大,显微硬度有所提高。(3)利用XRD、EBSD、SEM以及TEM观察研究了富铈稀土对5182铝合金冷轧组织的影响,对比了不同冷轧工艺下富铈稀土影响的差异。在一次冷轧后,位错密度随富铈稀土含量的增加而提高,强化机制以位错强化和晶界强化为主,最大应力为454.3MPa;在二次冷轧后,富铈稀土含量为0.2%时最佳,强化机制以晶界强化为主,最大应力为443.3MPa。不同冷轧工艺下富铈稀土作用的差异主要源于Al_4(Ce,La)相轧碎后的碎块尺寸,一次冷轧后的加工硬化程度大,Al_4(Ce,La)相破碎化程度高,碎块尺寸大小均匀,富铈稀土含量越高碎块颗粒数量越多,进而促进位错增殖;二次冷轧后的加工硬化程度小,Al_4(Ce,La)相破碎化程度低,碎块尺寸大小不均匀,富铈稀土含量越高尺寸越大;大尺寸Al_4(Ce,La)相在中间退火的作用下会发生PSN效应,降低了合金中的位错密度。因此,对于二次冷轧,富铈稀土含量应当控制在0.2%以下,避免大尺寸Al_4(Ce,La)相的出现。(4)根据不同冷轧工艺下5182铝合金再结晶行为的差异,分析了富铈稀土以及不同富铈稀土含量对再结晶组织的影响。研究结果表明:一次冷轧再结晶的形核机制为亚晶长大形核机制,Al_4(Ce,La)相破碎后形成的细小碎块对再结晶过程中晶界、亚晶界的运动形成阻碍作用,促使再结晶完成后更多细晶的产生。5182、5182-0.2MM和5182-0.4MM再结晶后的平均晶粒尺寸分别为10.40μm、8.21μm和7.50μm。二次冷轧再结晶的形核机制为晶界弓出形核机制,再结晶晶粒大小取决于再结晶驱动力大小,5182-0.4MM铝合金中大尺寸Al_4(Ce,La)相引发的PSN效应,为再结晶提供更多形核位置,促使再结晶初期晶核数量增多,同时对晶界、亚晶界运动的阻碍作用减低,再结晶完成后的粗晶数量较多。5182、5182-0.2MM和5182-0.4MM再结晶后的平均晶粒尺寸分别为10.94μm、8.45μm和11.38μm。(5)根据力学性能理论计算与实际测量的对比,得出5182-xMM铝合金再结晶退火后的强化机制主要以细晶强化为主。一次冷轧再结晶后,力学性能随富铈稀土含量的增加而提高,在富铈稀土添加0.4%时,合金抗拉强度提高7%,达到342.7MPa;屈服强度提高19%,达到206MPa;延伸率提高22%,达到24.4%。二次冷轧再结晶后,当富铈稀土含量为0.2%时性能最佳,合金抗拉强度提高5%,达到336.6MPa;屈服强度提高12%,达到184MPa;延伸率提高21%,达到23.5%。
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