铝合金中气孔和夹杂相对合金力学性能的影响

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本文采用力学性能测试、固态测氢、光学显微镜、扫描电镜等手段,在统计铝合金铸锭内气孔和夹杂分布规律的前提下,研究了气孔和夹杂尺寸对铝合金拉伸和压缩性能的影响,给出了气孔尺寸对铝合金力学性能的影响规律,研究结果表明:1050合金铸锭中气孔面积分数由铸锭顶部到3/4高度处逐渐降低(由0.116%降低到0.032%),铸锭底部气孔面积分数却有所增加(0.086%)。而在同一横截面上,边部气孔明显少于心部。随通氢时间的增加和浇注温度的升高,铸锭中氢含量增加,力学性能有所降低。如通氢时间由30s增加到20min,氢含量由0.00202%增加到0.00498%,抗拉强度、屈服强度、延伸率分别降低了20%、54%、41%。而随除气时间的增加,氢含量逐渐降低,力学性能有所增强。不同熔炼条件下,固态测氢与液态测氢得出的氢含量变化趋势相同,但是具体变化幅度上存在一定的差异,除气时间由1min增加到20min,固态氢含量降低了66.4%,而液态氢含量仅仅降低了30%。因此不能单纯的说液态氢含量高固态氢含量就一定高,这是由于环境湿度、材料与工具的干燥度等因素都会影响合金凝固后的固态氢含量。6063合金铸锭中较大的气孔主要分布在枝晶界和三叉晶界,大气孔平均尺寸主要在50μm-100μm,最大能达到300μm以上,呈不规则形状,小气孔呈圆形,尺寸主要为10μm-20μm。当拉伸温度为100℃时,铸锭顶部大气孔区P1处试样的应变硬化指数n值(n1为0.25)小于铸锭底部小气孔区P4处试样的n值(n4为0.37);当温度升高到300℃时,n1与n4值几乎相同(n1为0.14,n4为0.15),说明变形温度较低时气孔尺寸对n值的影响更为明显。另外,在300℃下,P1位置处试样与P4位置处试样的抗拉强度仅相差6MPa,而延伸率相差了32%,说明气孔尺寸对合金延伸率影响更为显著。由断口分析得知,尺寸大于200μm的气孔是导致断裂的主要因素,而小于100μm的气孔对断裂的影响不显著。对合金在不同温度(25℃-500℃),不同应变速率(0.01s-1~10s-1),不同压下量(60%、80%)下进行热模拟实验,得出流变应力随温度的升高而降低,随应变速率的增加而升高。且在同一变形温度、同一应变速率下,小气孔试样流变应力要大于大气孔试样。6063合金中夹杂相的成分主要是Al2O3、Mg2Si、AlFeSi,尺寸主要分布在5μm到20μm之间,形状各异,呈团网状、粗大片状及块状聚集成团。合金中的夹杂主要分布在铸锭的顶部(面积分数为6.43%)和底部(面积分数为8.40%),而中心部位的夹杂含量较低(面积分数为3.42%)。从拉伸结果可知,夹杂对合金应变硬化指数和拉伸性能的影响不明显。由断口分析得知,当大于20μm的夹杂位于试样表面处易成为断裂源,而尺寸小于10μm的夹杂对合金的拉伸断裂行为影响不大。
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