Er含量对Al-5Cu合金热裂性与组织性能的影响研究

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由于Al-Cu具有较好的服役性能,被广泛应用到汽车和飞机制造等领域,但因为其结晶温度范围宽,铸造时容易产生热裂,合金的应用范围被限制。因此,Al-Cu合金的热裂问题成为研究热点。本文以Al-5Cu合金为研究对象,通过楔形铸造实验,借助光学显微镜、差热分析仪和扫描电镜等工具,研究了Al-5Cu-x Er(x=0,0.3 wt.%,0.6 wt.%,0.9 wt.%)合金的铸态组织、力学性能以及热裂性能;研究了冷却速度对Al-5Cu和Al-5Cu-0.6Er合金铸造热裂性能及组织性能演变的影响;通过优化热处理工艺研究了Al-5Cu-0.6Er合金的组织演变和性能的关系,获得了性能较好的Al-Cu-Er合金。主要结论如下:(1)随着Er含量从0增加到0.9 wt.%,Al-5Cu合金的铸造热裂倾向先减小后增大。Al-5Cu-0.6Er合金的铸造热裂倾向最小。Er的加入使得合金中产生Al8Cu4Er相,导致Al-5Cu合金结晶温度范围变小,提高合金凝固后期液膜的流动性,减少合金热裂倾向;当Er含量超过0.6 wt.%时,由于Al3Er相的产生,增加了液膜的流动性的阻力,孔隙度变大,导致合金铸造热裂倾向增加。(2)Al-5Cu合金热裂倾向随着冷却速度增大而增大。冷却速度增大导致合金过冷度增大,晶间的第二相长大受到抑制,凝固后期液膜的流动性变差,合金热裂倾向增加。当冷却速度为160℃/s时,Al-5Cu-0.6Er合金产生的位错密度约是Al-5Cu合金的1.26倍。(3)在535℃固溶12h不同的时效工艺(155℃、175℃、190℃)下,155℃、175℃和190℃下Al-5Cu-0.6Er合金所对应的峰时效时间分别为11h、9h和6h,峰时效所对应的抗拉强度分别为296 MPa、287 MPa和250 MPa,同时屈服强度分别为201 MPa、196 MPa和171 MPa。时效过程中Al2Cu相的析出是Al-5Cu-0.6Er合金性能提升的主要原因。
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