摘要：Al-Fe合金中AlFe第二相的形貌、尺寸和分布直接决定着合金的最终性能。由此,细化及改善AlFe相尺寸和相貌,强化合金基体成为Al-5Fe基合金实用化的关键。本探讨通过采取Cu、Cr、Mn、Zr、Mg、Zn等元素合金化,探讨合金元素在Al-5Fe基合金中的相互作用及对第二相形成的影响,确定合金化元素在组织演化及制备工艺历程中的行为；通过半固态挤压热模拟,探讨半固态成形工艺对Al-5Fe基合金组织和性能；通过高温拉伸蠕变实验,浅析AlFe第二相对合金高温蠕变的强化作用,为Al-5Fe基合金的实用化提供了实验和论述基础。探讨结果表明：在Al-5Fe基合金中,约3/4的Cu溶入基体,其余的Cu溶于AlFe相或形成其它的含Cu相；Cr只溶解于AlFe相中,而不溶于基体；Mn主要溶解在AlFe相中。溶入AlFe相中的Cu、Cr、Mn可使针状的AlFe相转变成片状、块状、多角状或环形状。Zr、Mg、Zn不溶于AlFe相中,只能间接的阻碍AlFe相的生长。溶于AlFe相中的Cu、Cr、Mn可推动AlFe亚稳相的形成,它们是亚稳的AlFe相的很好形核剂。Al2Cu相是在500℃左右形成。Al7Cu2Fe相可在Al13Fe4相上形核,大部分由包晶反应：L+Al13Fe4(?)Al7Cu2Fe形成,故大部分的Al7Cu2Fe相会依附在Al13Fe4相的边缘或四周,形成“核-壳”结构。但在基体中也发现少量的独立的片状的Al7Cu2Fe相。Al-5Fe基合金中的α-Al基体和第二相是顺磁性相,电磁搅拌可以降低其形核的临界半径和临界形核功,使α-Al和第二相颗粒细化。在半固态加热重熔历程中,低熔点的A12Cu、Al7Cu2Fe等相首先在晶界和AlFe相边界溶化,随着加热温度的升高和保温时间的增加,合金中的Cu元素以晶粒内向晶界或AlFe相周围扩散,在液相中富集,使晶内的和晶界的Cu量到达约1：1.6。液相在半固态变形中起着强大的调节作用。Al-5Fe基合金在半固态变形时,液相中会富集Cu、Fe元素,并伴随着液相的变化而变化,Cu、Fe在半固态挤压时形成Al7Cu2Fe、Al2Cu等相,其分布与液相的分布一致。当变形增大到一定程度,半固态挤压对孤立封闭的液相区域的应力具有放大效应,为挤压破碎AlFe相创造力学条件。高应变速率变形可减轻液相的偏析,高液相分数可降低真应力峰值,故高液相、高应变速率是一种较好的成型工艺。Al-5Fe基合金对蠕变温度和蠕变应力有较大的敏感性。变形历程中,位错按整体攀移的方式越过弥散粒子,位错与弥散粒子之间的相互作用较弱。合金中的AlFe第二相具有有效的承载与传载作用,减小了使基体发生蠕变的有效应力,使合金的蠕变速率下降,提升了材料的抗蠕变能力。AlFe第二相的有效传载是Al-5Fe基合金的强化机制。半固态成型具有显著的回溶效应,使半固态成型制备的Al-5Fe基合金挤压态的室温抗拉强度大于270MPa,伸长率大于1%；经后续的低温时效,使合金时效态的抗拉强度高于挤压态的16%,伸长率高于27%,充分利用了合金时效硬化的潜力。Al-5Fe基合金具有很高的高温性能和良好的耐热性,可满足在250℃左右温度工作环境下的工程运用。关键词：铝铁合金论文半固态成型论文合金化论文微观组织论文性能论文
摘要5-7
Abstract7-11
第一章 绪论11-31
1.1 半固态成形技术的特点及进展近况11-18
1.1.1 半固态成形技术11-15
1.1.2 半固态成形的进展近况15-18
1.2 Al-Fe系合金探讨近况18-29
1.3 本探讨的目的和主要工作内容29-31
第二章 实验材料、策略及设备31-35
2.1 实验材料31
2.2 实验策略和设备31-35
第三章 合金元素对Al-5Fe合金组织的影响35-60
3.1 二元Al-5Fe合金的组织35-38
3.2 Cr元素对Al-5Fe合金组织的影响38-45
3.3 Cu元素对Al-5Fe合金组织的影响45-53
3.4 Mn元素对Al-5Fe合金组织的影响53-55
3.5 Zr元素对Al-5Fe合金组织的影响55
3.6 其它元素对Al-5Fe合金组织的影响55-58
3.7 本章小结58-60
第四章 工艺因素对Al-5Fe基合金组织的影响60-83
4.1 电磁搅拌对Al-5Fe合金组织的影响60-62
4.2 电磁搅拌对Al-5Fe合金熔体结构的作用62-64
4.3 电磁搅拌的热力学64-67
4.4 电磁搅拌的动力学67-70
4.5 二次加热温度对合金微观组织的影响70-73
4.6 二次重熔对Al-5Fe基合金组织的作用73-76
4.7 固溶处理对Al-5Fe基合金组织的影响76-82
4.8 本章小结82-83
第五章 Al-5Fe基合金半固态压缩变形行为83-111
5.1 半固态压缩试验策略83-84
5.2 半固态坯料的流变应力84-92
5.2.1 变形温度对压缩变形的影响84-87
5.2.2 变形速率对压缩变形的影响87-90
5.2.3 变形程度对压缩变形的影响90-92
5.3 半固态坯料变形的微观组织92-101
5.3.1 变形量对组织的影响92-95
5.3.2 变形温度对组织的影响95-97
5.3.3 变形速率对组织的影响97-100
5.3.4 变形试样的外观形貌100-101
5.4 半固态变形时元素的分布及沉淀行为101-104
5.5 变形温度、变形量和变形速率对流变应力的作用104-110
5.6 本章小结110-111
第六章 半固态成形的Al-5Fe基合金的性能111-141
6.1 室温力学性能111-114
6.2 高温力学性能114-115
6.3 合金拉伸断口浅析115-117
6.4 耐热性能117-120
6.5 蠕变性能120-134
6.5.1 15#合金的蠕变性能121-122
6.5.2 1#合金的蠕变性能122-124
6.5.3 蠕变表观应变指数和表观激活能124-126
6.5.4 蠕变的门槛应力和真应力指数126-130
6.5.5 载荷转移因子与蠕变有效应力130-134
6.6 Al-5Fe基合金蠕变断口形貌及断裂浅析134-139
6.7 本章小结139-141
第七章 结论141-143
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