【摘要】：本文以Al-Si-Mg合金為主要研究對象,在20℃~-80℃的環(huán)境中進行拉伸性能測試,通過掃描電子顯微鏡觀察了斷口形貌及斷口附近的位錯滑移帶分布,金相顯微鏡觀察了斷口處的組織結(jié)構(gòu)及裂紋分布,透射電子顯微鏡觀察了斷口附近的位錯分布及形貌,并采用ANSYS軟件模擬加載過程中的應(yīng)力分布。當實驗環(huán)境溫度由20℃下降至-80℃時,隨著環(huán)境溫度的降低Al-7.0Si-0.3Mg合金的抗拉強度和屈服強度提高,但伸長率降低。而在Al-1.0Si-0.3Mg合金中,隨著環(huán)境溫度的降低合金的抗拉強度、屈服強度和伸長率都表現(xiàn)為提高。在室溫環(huán)境中,基體內(nèi)激活能較高,位錯運動的阻力較小,但在低溫環(huán)境下基體內(nèi)激活能降低,位錯運動的阻力增大,這是導致鑄造Al-Si-Mg合金抗拉強度和屈服強度增加的主要原因。通過Si相對Al-Si-Mg合金在不同溫度下拉伸斷裂行為影響的研究,實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn):Al-1.0Si-0.3Mg合金中的Si相數(shù)量較少,拉伸過程中位錯塞積使細小Si相容易發(fā)生脫落,基體中形成了微孔洞;同時拉伸過程產(chǎn)生的位錯容易在晶界處塞積,產(chǎn)生應(yīng)力集中,從而使相鄰晶粒的位錯源啟動,合金表現(xiàn)出較高的塑性。在鑄造Al-1.0Si-0.3Mg合金中,裂紋的擴展過程是組織內(nèi)部微孔洞的生長及連接過程,在低溫環(huán)境下Al-1.0Si-0.3Mg合金塑性變形均勻性提高是合金伸長率增加的主要原因。然而,Al-7.0Si-0.3Mg合金中的Si相數(shù)量較多,拉伸過程中位錯容易在Si相處發(fā)生塞積,產(chǎn)生的應(yīng)力集中直接作用在粗大的Si相上,使Si相發(fā)生斷裂,在合金中形成微裂紋;另一方面,使相鄰晶粒的位錯源不易啟動,從而使Al-7.0Si-0.3Mg合金的抗拉強度較高,但塑性較低。隨著環(huán)境溫度的降低,Al-7.0Si-0.3Mg合金中Si相斷裂數(shù)量和合金基體強度增加,斷裂Si相造成的裂紋尖端的應(yīng)力集中增大,從而引發(fā)了準解理斷裂,這是導致Al-7.0Si-0.3Mg合金低溫下伸長率下降的主要原因。Al-7.0Si-0.3Mg合金在鑄態(tài)時,基體中的共晶Si相呈粗大的板片狀,在拉伸變形過程中Si相附近容易塞積大量位錯,引發(fā)解理斷裂,因而鑄態(tài)合金的強度和伸長率較低。在低溫環(huán)境下鋁基體中位錯運動阻力增加,使得Si相斷裂數(shù)量增加,合金的伸長率進一步降低。在固溶處理后,Al-7.0Si-0.3Mg合金中的Si相發(fā)生了�；�,Si相顆粒尺寸減小、形貌圓整,合金在拉伸變形過程中塞積位錯數(shù)量減少,Si相發(fā)生解理斷裂的數(shù)量減小,合金強度和伸長率都明顯升高。固溶后期,由于Si相發(fā)生了粗化,且長寬比略有回升,導致合金強度和伸長率下降。時效初期Al-7.0Si-0.3Mg合金基體內(nèi)部出現(xiàn)GP區(qū),隨著時效時間的延長形成針狀β″相。時效10h時,基體中β″長成棒狀β′,此時合金強度達到最大。在過時效階段,β′最后生長成為片狀β使合金強度降低。在Al-7.0Si-0.3Mg合金中,由于鋁基體和Mg2Si相的線膨脹系數(shù)不同,在低溫冷縮效應(yīng)作用下基體受Mg2Si相擠壓,在Mg2Si相周圍形成彈性應(yīng)力場,從而阻礙位錯運動。當應(yīng)力場中的刃型位錯多余半原子面在Mg2Si相一側(cè)時,位錯受到斥力作用。而應(yīng)力場中的刃型位錯多余半原子面背向Mg2Si相一側(cè)時,位錯受到引力作用。Al-7.0Si-0.3Mg合金在低溫下對應(yīng)力集中的敏感性增強,其中屈服強度不受缺口敏感性的影響,而抗拉強度和伸長率對應(yīng)力集中較為敏感。在拉伸過程中Al-7.0Si-0.3Mg合金缺口試樣由于受應(yīng)力集中影響,在缺口根部的共晶組織產(chǎn)生初始裂紋。而在光滑試樣中,鑄件內(nèi)部缺陷附近的Si相在應(yīng)力集中的作用下容易發(fā)生斷裂形成初始裂紋。在低溫環(huán)境下,基體強度的增加使缺口附近的應(yīng)力集中增大,促進了Si相的斷裂,從而使合金的缺口敏感性增加。裂紋在擴展過程中由尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中,使位錯在附近的Si相處塞積,斷裂的Si相進一步增加了鋁基體內(nèi)部的應(yīng)力集中,使鋁基體被撕裂,這是裂紋沿著Si相分布擴展的主要原因。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.21

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本文編號：2455827