合金元素对 G01 压铸铝合金组织和性能的影响.doc
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1、精品论文合金元素对 G01 压铸铝合金组织和性能的影响王强,马琳,迟长志辽宁工程技术大学材料科学与工程系,辽宁阜新(123000)摘要:本文运用一元回归正交试验法分析了铜、镁、锌三种合金元素对 G01 压铸铝合金 组织和性能的影响。结果表明:镁元素对此合金的抗拉强度和布氏硬度影响最为显著,铜元素对冲击韧性的影响显著,锌元素单独对力学性能作用效果一般。 关键词:压铸铝合金,合金元素,回归方程,热处理0. 引言近些年来,由于航空航天工业的发展,我国加强了高强度铝合金的力度。有关资料显示, 提高铝合金强度的途径主要有:优化合金成分设计,提高纯度,发展新的热处理制度,超细 化合物的组织结构,精确调控合
2、金中强化相的最佳三维分布等,把一些特定的合金元素加入 到铝及其合金中,能够强烈的影响铝及其合金的力学性能,化学性能等1,这些在一些文献 中已得到证实:李贞宽等2的纯铈对共晶和过共晶 Al-Si 合金微观组织的影响;周昌荣等3 的微量 Sc 和 Mn 对 Al-Mg 合金组织与性能的影响;马建超等4的 Mg 对共晶 Al-2%Fe 合金 显微组织与性能的影响等。然而,至今很少发现有人研究合金元素配以适当的热处理工艺对 压铸铝合金组织与性能的影响更是少之又少,本课题主要通过改变 G01 铝合金中的铜,镁, 锌的含量使其达到最佳组合使其达到最佳性能,从而满足各种工农业生产如汽车工业,航空 航天事业的
3、需要。1. 实验方法1.1 实验原料及用品在试验中采用 G01 压铸铝合金,纯锌丝,AlCu50 中间合金,AZ91 中间合金为原材料, 其中中间合金以名义成分配制。合金采用石墨坩埚电阻炉熔炼,各合金元素烧损率如表 1 所示,熔炼过程中运用六氯乙 烷为精炼剂精炼,精炼温度为 730,时间为 1015min ;运用三元钠盐通用变质剂(40%NaCl+40%NaF+20%KCl)变质处理,变质温度为 730,时间为 1015min;A3 钢 模具浇注。试样浇注完成后组织正常,未出现明显的宏观缺陷。表 1 电阻式坩埚炉中各元素烧损率5Tab1 Burning rate of each element
4、s in resistance crucible furnace烧损元素AlCuZnSiMg烧损率 %1.0-1.50.81-30.5-1.025热处理工艺为:520固溶处理 4 小时,在 80水中淬火;170时效处理 4 小时,空冷:固溶时效处理均在中温箱式电阻炉中进行,运用大量程温度计控制炉温,精度为5, 金相试样在冲击试样上截取。1.2 合金成分设计为了精确而又简便地反映材料组织与性能的关系,我们选择一元回归正交试验方法,试 验因素、水平及代码见表 2 6。- 7 -表 2 一元回归正交试验因素、水平和代码 Tab.2 The factors, levels and codes of t
5、he regression orthgonal experiments 试验因素Zn 量(wt%)Cu 量(wt%)Mg 量(wt%)代码值(X1) (X2) (X3) 上水平 3.5 3.51.1 代码值(+1) (+1) (+1) 下水平 1.5 1.50.3 代码值(-1)(-1)(-1) 零水平 2.5 2.50.7 代码值(0) (0)(0) 变化区间22 0.82. 试验结果与分析2.1 铜、锌、镁对合金力学性能的影响Zn、Cu、Mg 试验区域选择在 G01 原始成分基础上分别加入1.5、3.5、1.5、3.5、0.3、1.1。在该区域内,采用一元回归的正交试验方法,进行了表 3
6、中所列的 8 组试验。试验安 排与结果见表 3。所有试验均在相同的工艺因素条件下进行,其他合金元素成分保持原有含 量不变。表 3 一元回归正交试验安排与结果 Tab.3 The contents and results of the regression orthgonal experiments 序号 Zn% Cu% Mg%热处理前热处理后X1X2X3b0(MPa) Ak0(J/cm2) HB0b1(MPa) Ak1(J/cm2) HB113.53.51.1170.387.56121264.362.05126.5(+1)(+1)(+1)23.53.50.3167.363.93105.5195
7、.352.20119.5(+1)(+1)(-1)33.51.51.1209.324.49108.5228.037.59126.5(+1)(-1)(+1)43.51.50.3131.173.9988.85135.2411.5395.0(+1)(-1)(-1)51.53.51.1191.375.49106.15214.068.30120.5(-1)(+1)(+1)61.53.50.3120.776.1990.5157.044.1895.85(-1)(+1)(-1)71.51.51.1109.054.1695.0125.331.97102.5(-1)(-1)(+1)81.51.50.3194.386
8、.13107.5290.053.22121(-1)(-1)(-1)经数据处理得出如下回归方程:b0=161.73+7.83X1+0.75X2+8.31X3-1.43X1X2+11.99X1X3+10.10X2X3-28.88X1X2X3Ak0 =5.24-0.25X1+0.55X2+0.18X3+0.20X1X2+0.85X1X3+0.55X2X3+0.23X1X2X3HB0=102.88+3.09X1+2.91X2+4.79X3+4.38X1X2+4.00X1X3+3.00X2X3-4.04X1X2X3b1=201.18+4.56X1+6.52X2+6.76X3+17.59X1X2+33.6
9、9X1X3+24.25X2X3-30.69X1X2X3Ak1=5.13+0.71X1-0.95X2-0.15X3-2.77X1X2-0.87X1X3+1.45X2X3-0.20X1X2X3HB1=113.42+3.46X1+2.17X2+5.58X3+3.96X1X2+4.04X1X3+2.33X2X3-8.46X1X2X3其中:X1=Zn% -2.5;X2=Cu% -2.5;X3=(Mg% -0.7)/0.4;从回归方程系数可以看出,这三种元素在试验区域内铜、镁、锌三种合金元素对 G01 铝合金的抗拉强度、冲击韧性、布氏硬度有不同程度的影响。对于抗拉强度而言,热处理前 Mg 元素的影响最为显
10、著,Zn 元素的影响次之,Cu 元素的影响最小;但热处理后 Cu 元素 对抗拉强度的影响显著提高;对于冲击韧性而言,其中 Cu 元素的影响最为显著,Zn 元素的 影响次之,Mg 元素的影响最小;对于布氏硬度而言,其中 Mg 元素的影响最为显著,Zn 元 素的影响次之,Cu 元素的影响最小在回归方程中 X1X2,X1X3,X2X3,X1X2X3 前的系数体 现了各元素之间的相互作用,由回归方程中可以看出,在 G01 铝合金中添加铜,镁,锌三 种元素无论是热处理前还是热处理后,各元素之间的相互作用都是相当显著的,尤其是热处 理后三种元素之间的作用。图 1图 3 是根据回归方程得出的 Mg、Zn、C
11、u 对合金抗拉强度 的影响的直观曲线,其中此曲线未考虑合金元素之间的相互作用(下同)。图 4图 6 是根 据回归方程得出的 Mg、Zn、Cu 对合金冲击韧性的影响的直观曲线。图 7图 9 是根据回归 方程得出的 Mg、Zn、Cu 对合金布氏硬度的影响的直观曲线。210热处理前 热处理后210热处理前 热处理后205200200195190190bMPa185180bMPa1801751701701651601601551500.0 0.5 1.01.5Mg%1501.5 2.0 2.5 3.03.5Zn%图 1 镁元素对合金抗拉强度的影响图 2 锌元素对合金抗拉强度的影响Fig1 Influe
12、nce of Magnesium on the tensileFig.2 Influence of Zinc on tensile strengthstrength of the alloyof the alloy210热处理前 热处理后热处理前 热处理后2200 6190bMPaakJ/cm180 51701601.5 2.0 2.5 3.03.5Cu%41.5 2.0 2.5 3.03.5Cu%图 3 铜元素对合金抗拉强度的影响图 4 铜元素对合金冲击韧性的影响Fig.3 Influence of Copper on tensile strengthFig.4 Influence of C
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