Al-Mn系鋁合金的合金化與性能研究.pdf

1、鋁錳系合金為常用的變形鋁合金，3003是該系列合金的代表，由于其具有耐蝕性好、導(dǎo)熱性能好、較高的比強(qiáng)度、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用在汽車熱交換器上，用來代替不銹鋼和銅材料等，以實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化，降低生產(chǎn)和使用成本。
　　鋁質(zhì)熱交換器的快速發(fā)展對(duì)熱交換器用鋁合金的力學(xué)性能提出了更高的要求，且隨著熱交換器裝配方法的發(fā)展和中冷器的出現(xiàn)，又要求熱交換器用鋁合金具有一定的耐高溫性能。因此，針對(duì)這個(gè)現(xiàn)狀，本論文以熱交換器用復(fù)合鋁合金板材的芯

2、材為研究對(duì)象，在典型Al-Mn系3003合金的基礎(chǔ)上添加了不同的合金元素，以改善合金的力學(xué)性能，尤其是合金的高溫力學(xué)性能，研究了這些元素對(duì)合金組織、室溫力學(xué)性能及高溫力學(xué)性能的影響。主要結(jié)果如下:
　　3003合金中加入Mg后，鑄態(tài)下形成了Mg2Si相。經(jīng)再結(jié)晶等熱處理后，Mg主要產(chǎn)生了細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化效應(yīng)，合金的室溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度均大幅度提高，且Mg使得合金晶粒保持明顯的長(zhǎng)條狀，合金的抗蠕變性能也得到明顯改善。時(shí)效態(tài)

3、合金室溫抗拉強(qiáng)度為151MPa（比3003合金提高24％），250℃下抗拉強(qiáng)度為78MPa（比3003合金提高56％），250℃/35MPa條件下穩(wěn)態(tài)蠕變速率為2.94×10-6/min，遠(yuǎn)小于3003合金的9.28×10-5/min。
　　合金中加入Cu后，鑄態(tài)下Cu主要形成了Al2Cu相。而經(jīng)過均勻化退火以及之后的熱處理，Cu主要產(chǎn)生了細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化效應(yīng)。當(dāng)和Mg一起添加時(shí)，Cu和Mg能夠一起產(chǎn)生析出強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)

4、化效應(yīng)，使得合金的室溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度均大幅度提高。時(shí)效態(tài)10＃合金室溫抗拉強(qiáng)度為172MPa（比3003合金提高42％），250℃下抗拉強(qiáng)度為91MPa（比3003合金提高80％），而由于Cu使得合金晶粒趨近等軸晶，部分抵消了Cu的強(qiáng)化作用，合金的抗蠕變性能提高幅度不大。
　　合金中加入Ni后，Ni同時(shí)增加了合金中金屬間化合物和彌散相的種類和數(shù)量（AlMnFeSiNi相、AlMnNiSi相），和Mg一起添加時(shí)細(xì)化合金晶粒，明顯提高

5、合金的強(qiáng)度，尤其是高溫強(qiáng)度，并且Ni使合金晶粒仍保持明顯的長(zhǎng)條狀，合金穩(wěn)態(tài)蠕變速率大幅度減小。時(shí)效態(tài)3003+0.3Mg+0.2Ni合金室溫抗拉強(qiáng)度為189MPa（比3003合金提高56％），250℃下抗拉強(qiáng)度為102MPa(比3003合金提高104％)，250℃/35MPa條件下穩(wěn)態(tài)蠕變速率為5.44×10-7/min，比3003合金小兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　合金中加入Zr后，鑄態(tài)下Zr主要形成了AlZr相。經(jīng)過均勻化退火等熱處理后，

6、Zr在合金中主要以Al3Zr彌散相形式存在，但Zr使得合金晶粒發(fā)生粗化，導(dǎo)致合金強(qiáng)度提高不明顯，而由于Zr使得合金晶粒長(zhǎng)條狀更為顯著，合金的抗蠕變性能明顯改善。250℃/35MPa條件下13＃合金的穩(wěn)態(tài)蠕變速率為8.43×10-7/min，也比3003合金小兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　合金中加入RE后，形成了較多AlRESi相，晶粒組織發(fā)生一定細(xì)化，合金的室溫強(qiáng)度沒有明顯變化，高溫強(qiáng)度得到少許改善。而由于化合物種類和數(shù)量增多，合金的抗蠕變能