喷射成形6061铝合金的显微组织与力学性能

论文摘要

采用金相、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、能谱以及密度、硬度、拉伸试验等测试手段,对喷射成形6061铝合金的沉积态、挤压态和热处理态进行了显微组织分析和力学性能研究,总结了从喷射成形制坯到挤压到热处理完成整个工艺过程中6061铝合金的显微组织和力学性能演变规律,并与相同工艺状态的熔铸态6061铝合金进行了对比,主要研究结果如下:（1）采用喷射成形技术制备了轮廓呈高斯分布曲线状、相对密度达96.4%的6061铝合金沉积锭。喷射成形坯锭中部外层组织最好,为细小等轴晶,Mg2Si相和AlFeSi相分别弥散分布于晶内和晶界。而熔铸态合金晶粒粗大,Mg2Si相偏聚于晶界处,组织很不均匀。但喷射态合金由于组织内存在的孔隙,各项拉伸力学性能都比熔铸态合金低。（2）当挤压比为6.25时,PJ（喷射+挤压）态6061铝合金晶粒横向尺寸随挤压温度的升高而变小,纵向晶粒越来越细长;合金在挤压温度低于150℃挤压后达到全致密,高于150℃挤压后未达全致密;硬度、抗拉强度和屈服强度随挤压温度的升高而降低,断后伸长率随挤压温度的升高而升高。当挤压温度为250℃时,PJ态6061铝合金晶粒横向尺寸随挤压比的增大而减小,纵向组织变化不大;合金在挤压比高于10.41时挤压后达到全致密;抗拉强度、屈服强度和断后伸长率都随挤压比的增大而升高,但硬度受挤压比变化的影响却不大。喷射成形6061铝合金最佳挤压致密化工艺为:挤压温度250℃、挤压比25。经该工艺挤压后合金抗拉强度提高了68.8%,屈服强度提高了97.1%,断后伸长率提高了87.9%。PJ态和ZJ（熔铸+挤压）态合金的晶粒大小差不多,都为1μm左右;PJ态合金的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率都高于ZJ态合金。PJ态和ZJ态6061铝合金的断裂机理都为微孔聚集型韧性断裂。（3）合金硬度随固溶温度的升高而升高,抗拉强度、屈服强度和断后伸长率则先增大后减小;随时效温度的升高合金硬度、抗拉强度和屈服强度先增大后减小,断后伸长率却一直减小;合金硬度、抗拉强度和屈服强度曲线随时效保温时间的延长呈驼峰状变化,断后伸长率则变化不大,只在17h时有所增大。晶内析出相的形态和数量随热处理工艺参数的变化而变化。喷射成形6061铝合金最佳热处理工艺为:530℃固溶1h+175℃时效8h。经该工艺热处理后合金抗拉强度提高了9%,屈服强度提高了18.8%,但断后伸长率降低了25%。PJR（喷射+挤压+热处理）态合金的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率比ZJR（熔铸+挤压+热处理）态合金分别提高了5.5%、7.8%、14.2%。PJR态和ZJR态6061铝合金的断裂机理都为微孔聚集型的韧性断裂。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 6061 铝合金
• 1.2.1 6061 铝合金简介
• 1.2.2 6061 铝合金成分对力学性能的影响
• 1.3 喷射成形技术的工艺原理、特点及发展状况
• 1.3.1 喷射成形技术的工艺原理
• 1.3.2 喷射成形技术的工艺特点
• 1.3.3 喷射成形技术的发展状况
• 1.4 国内外喷射成形铝合金的研究现状
• 1.4.1 国外喷射成形铝合金的研究现状
• 1.4.2 国内喷射成形铝合金的研究现状
• 1.5 喷射成形铝合金致密化工艺
• 1.5.1 挤压工艺
• 1.5.2 轧制工艺
• 1.5.3 锻造工艺
• 1.5.4 热等静压工艺
• 1.6 6061 铝合金的热处理
• 1.6.1 固溶
• 1.6.2 时效
• 1.7 本课题研究的目的、意义及内容
• 1.7.1 研究目的和意义
• 1.7.2 研究内容
• 第二章 实验过程与方法
• 2.1 实验过程
• 2.2 材料的制备
• 2.2.1 实验原材料
• 2.2.2 喷射成形实验
• 2.2.3 挤压实验
• 2.2.4 热处理实验
• 2.3 组织分析
• 2.3.1 金相观察（OM）
• 2.3.2 X 射线衍射物相分析（XRD）
• 2.3.3 扫描电镜分析（SEM）
• 2.3.4 透射电镜分析（TEM）
• 2.4 性能测试
• 2.4.1 密度测试
• 2.4.2 硬度测试
• 2.4.3 拉伸实验
• 第三章 喷射成形6061 铝合金
• 3.1 引言
• 3.2 6061 铝合金喷射成形坯宏观形貌
• 3.3 喷射成形6061 铝合金的显微组织
• 3.4 喷射成形6061 铝合金的硬度和致密度
• 3.4.1 硬度
• 3.4.2 致密度
• 3.5 喷射态6061 铝合金与熔铸态6061 铝合金显微组织和力学性能对比
• 3.5.1 金相组织对比分析
• 3.5.2 XRD 物相对比分析
• 3.5.3 析出相能谱（EDS）对比分析
• 3.5.4 力学性能对比
• 3.5.5 拉断试样及断口形貌对比分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 喷射成形6061 铝合金挤压致密化处理
• 4.1 引言
• 4.2 挤压后合金的显微组织
• 4.2.1 挤压温度对合金显微组织的影响
• 4.2.2 挤压比对合金显微组织的影响
• 4.3 挤压后合金的力学性能
• 4.3.1 挤压温度对合金力学性能的影响
• 4.3.2 挤压比对合金力学性能的影响
• 4.4 挤压态喷射成形6061 铝合金断口形貌分析
• 4.4.1 经不同挤压温度挤压后合金的断口形貌
• 4.4.2 经不同挤压比挤压后合金的断口形貌
• 4.4.3 在挤压温度为250℃、挤压比为25 时挤压后合金的断口形貌及断裂机理分析
• 4.5 挤压前后合金力学性能对比
• 4.6 熔铸+挤压（ZJ）态、喷射成形+挤压（PJ）态6061 铝合金显微组织和力学性能对比
• 4.6.1 显微组织对比
• 4.6.2 力学性能对比
• 4.6.3 断口形貌对比
• 4.7 本章小结
• 第五章 喷射成形+挤压+热处理态6061 铝合金
• 5.1 引言
• 5.2 热处理工艺参数对合金显微组织和力学性能的影响
• 5.2.1 对合金硬度的影响
• 5.2.2 对合金拉伸性能的影响
• 5.2.3 热处理后合金析出相情况TEM 观察
• 5.2.4 热处理后合金组织性能关系的讨论与分析
• 5.3 热处理后合金断口形貌分析
• 5.4 热处理前后合金力学性能对比
• 5.5 熔铸+挤压+热处理（ZJR）态、喷射成形+挤压+热处理（PJR）态6061 铝合金显微组织和力学性能对比
• 5.5.1 显微组织对比
• 5.5.2 力学性能对比
• 5.5.3 断口形貌对比
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件