Al-Si-Cu-(Hf)铸造合金微观组织的多尺度定量表征和性能研究
发布时间：2023-11-25 03:07
当前汽车全铝发动机主要使用以Al-Si-Mg和Al-Si-Cu为基础的铸造合金材料,两组合金中的主强化相分别为β″(Mg5Si6)和θ″(Al3Cu)析出相,其中β″相和θ″相分别在汽车发动机工作温度高于185 oC和225 oC时变得不稳定。现代汽车可操作性增加及发动机的小型化和大功率设计对发动机材料的耐高温性能提出了更高的要求。在Al-Si-Mg-Hf体系中,合金经过热处理形成了高密度的Si2Hf析出相,高温稳定的Si2Hf析出相的形成大幅提高了合金的高温蠕变性能,并为新型耐高温发动机材料的设计提供理论支撑。本课题选择耐高温性能更好的Al-Si-Cu合金为基础合金,在该合金中添加微量的Hf元素以改善合金的微观组织和高温性能。本论文主要采用电子背散射衍射(EBSD)、聚焦离子束/电子束双束电子显微镜(FIB-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、原子分辨率的高角环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF...
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 引言
1.2 铝合金在汽车领域的应用
1.2.1 变形铝合金在汽车领域的应用现状
1.2.2 铸造铝合金在汽车领域的应用现状
1.3 发动机用铸造铝合金研究现状
1.3.1 发动机用铸造铝合金的铸造组织特征
1.3.2 热处理对发动机用铸造铝合金的影响
1.3.3 发动机用铸造铝合金的常见问题
1.4 元素添加对发动机用铸造合金铸造组织的影响
1.4.1 共晶Si的变质
1.4.2 含Fe相的变质
1.5 Al-Si合金中耐高温析出相的析出行为
1.5.1 Al3M的研究进展
1.5.2 金属硅化物的研究进展
1.6 本论文主要研究内容
1.6.1 研究点的提出
1.6.2 主要研究内容
2 实验材料及方法
2.1 实验材料
2.1.1 合金设计
2.1.2 热处理方案
2.2 性能测试
2.2.1 电导率和硬度测试
2.2.2 高温拉伸实验
2.3 差示扫描量热法(DSC)
2.4 微观组织表征
2.4.1 扫描电镜分析及能谱分析
2.4.2 计算机断层扫描
2.4.3 聚焦离子束应用
2.4.4 透射电镜分析
2.5 模拟计算方法
2.5.1 第一性原理计算
2.5.2 边边匹配理论
3 Hf添加对Al-Si-Cu合金性能和微观组织的影响
3.1 引言
3.2 Hf添加对Al-Si-Cu合金铸造组织的影响
3.2.1 Hf添加对Al-Si-Cu合金铸造缺陷的影响
3.2.2 Hf添加对Al-Si-Cu合金共晶Si的影响
3.2.3 Hf添加对Al-Si-Cu合金金属间化合物的影响
3.3 Hf添加对Al-Si-Cu合金固溶热处理后组织的影响
3.3.1 不同固溶温度下富Hf析出相的成分分析
3.3.2 不同固溶温度下富Hf析出相结构分析
3.4 Hf添加对Al-Si-Cu合金时效热处理后组织的影响
3.4.1 Al-Si-Cu合金时效组织
3.4.2 Al-Si-Cu-Hf合金时效组织
3.5 Hf添加对Al-Si-Cu合金性能的影响
3.6 讨论
3.6.1 Hf添加对微观组织的影响
3.6.2 Hf添加对力学性能的影响
3.7 本章小结
4 Al-Si-Cu-Hf合金中Si2Hf析出相的成分与原子结构
4.1 引言
4.2 Si2Hf析出相成分及原子结构
4.2.1 Si2Hf析出相的能谱分析
4.2.2 Si2Hf析出相的原子结构
4.2.3 Si2Hf析出相Cu掺杂形成焓计算
4.3 Si2Hf析出相与基体界面的元素偏聚
4.3.1 Si2Hf/Al界面成分分析
4.3.2 Si2Hf/Al界面原子结构
4.4 Si2Hf析出相中的层错结构
4.5 讨论
4.5.1 Si2Hf/Al界面处的固溶原子偏聚
4.5.2 Si2Hf析出相的层错分析
4.6 本章小结
5 Al-Si-Cu-Hf合金中Si2Hf析出相取向与变体分析
5.1 引言
5.2 Al-Si-Cu-Hf合金中Si2Hf析出相与基体的取向关系
5.3 Al-Si-Cu-Hf合金中Si2Hf析出相与基体的取向关系预测
5.4 三维重构分析Si2Hf析出相取向及变体
5.4.1 纳米带状析出相取向分析
5.4.2 矩形状析出相取向分析
5.5 讨论
5.5.1 Al-Si-Cu-Hf合金中的Si2Hf析出相与Al基体的取向关系
5.5.2 Al-Si-Cu-Hf合金中的Si2Hf析出相在Al基体中的变体分析
5.6 本章小结
6 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 研究工作特色及创新点
6.3 研究展望
参考文献
附录
A.作者在攻读博士学位期间发表的论文目录
B.学位论文数据集
致谢
本文编号：3867149
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
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中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 引言
1.2 铝合金在汽车领域的应用
1.2.1 变形铝合金在汽车领域的应用现状
1.2.2 铸造铝合金在汽车领域的应用现状
1.3 发动机用铸造铝合金研究现状
1.3.1 发动机用铸造铝合金的铸造组织特征
1.3.2 热处理对发动机用铸造铝合金的影响
1.3.3 发动机用铸造铝合金的常见问题
1.4 元素添加对发动机用铸造合金铸造组织的影响
1.4.1 共晶Si的变质
1.4.2 含Fe相的变质
1.5 Al-Si合金中耐高温析出相的析出行为
1.5.1 Al3M的研究进展
1.5.2 金属硅化物的研究进展
1.6 本论文主要研究内容
1.6.1 研究点的提出
1.6.2 主要研究内容
2 实验材料及方法
2.1 实验材料
2.1.1 合金设计
2.1.2 热处理方案
2.2 性能测试
2.2.1 电导率和硬度测试
2.2.2 高温拉伸实验
2.3 差示扫描量热法(DSC)
2.4 微观组织表征
2.4.1 扫描电镜分析及能谱分析
2.4.2 计算机断层扫描
2.4.3 聚焦离子束应用
2.4.4 透射电镜分析
2.5 模拟计算方法
2.5.1 第一性原理计算
2.5.2 边边匹配理论
3 Hf添加对Al-Si-Cu合金性能和微观组织的影响
3.1 引言
3.2 Hf添加对Al-Si-Cu合金铸造组织的影响
3.2.1 Hf添加对Al-Si-Cu合金铸造缺陷的影响
3.2.2 Hf添加对Al-Si-Cu合金共晶Si的影响
3.2.3 Hf添加对Al-Si-Cu合金金属间化合物的影响
3.3 Hf添加对Al-Si-Cu合金固溶热处理后组织的影响
3.3.1 不同固溶温度下富Hf析出相的成分分析
3.3.2 不同固溶温度下富Hf析出相结构分析
3.4 Hf添加对Al-Si-Cu合金时效热处理后组织的影响
3.4.1 Al-Si-Cu合金时效组织
3.4.2 Al-Si-Cu-Hf合金时效组织
3.5 Hf添加对Al-Si-Cu合金性能的影响
3.6 讨论
3.6.1 Hf添加对微观组织的影响
3.6.2 Hf添加对力学性能的影响
3.7 本章小结
4 Al-Si-Cu-Hf合金中Si2Hf析出相的成分与原子结构
4.1 引言
4.2 Si2Hf析出相成分及原子结构
4.2.1 Si2Hf析出相的能谱分析
4.2.2 Si2Hf析出相的原子结构
4.2.3 Si2Hf析出相Cu掺杂形成焓计算
4.3 Si2Hf析出相与基体界面的元素偏聚
4.3.1 Si2Hf/Al界面成分分析
4.3.2 Si2Hf/Al界面原子结构
4.4 Si2Hf析出相中的层错结构
4.5 讨论
4.5.1 Si2Hf/Al界面处的固溶原子偏聚
4.5.2 Si2Hf析出相的层错分析
4.6 本章小结
5 Al-Si-Cu-Hf合金中Si2Hf析出相取向与变体分析
5.1 引言
5.2 Al-Si-Cu-Hf合金中Si2Hf析出相与基体的取向关系
5.3 Al-Si-Cu-Hf合金中Si2Hf析出相与基体的取向关系预测
5.4 三维重构分析Si2Hf析出相取向及变体
5.4.1 纳米带状析出相取向分析
5.4.2 矩形状析出相取向分析
5.5 讨论
5.5.1 Al-Si-Cu-Hf合金中的Si2Hf析出相与Al基体的取向关系
5.5.2 Al-Si-Cu-Hf合金中的Si2Hf析出相在Al基体中的变体分析
5.6 本章小结
6 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 研究工作特色及创新点
6.3 研究展望
参考文献
附录
A.作者在攻读博士学位期间发表的论文目录
B.学位论文数据集
致谢
本文编号：3867149
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