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3003/4343铝合金无缝复合管组织与性能研究

作 者: 刘畅
导 师: 潘清林
学 校: 中南大学
专 业: 材料物理与化学
关键词: 铝合金复合管?显微组织?力学性能?退火制度?冶金结合
分类号: TG339
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


铝合金复合管已广泛应用于汽车热交换器,代替传统的铜合金热交换器,以减轻汽车自重和节约能源。目前应用的铝合金复合管多为高频焊接铝合金复合带生产的有缝管,焊缝影响复合管与散热片的组装,造成热交换器质量不稳定。本文采用复合锭强变形反向挤压技术制备出3003/4343铝合金无缝复合管。采用OM、SEM、TEM、XRD、EDS观察挤压前锭坯组织并进行成分分析,结果表明:铸态3003合金由等轴状a(A1)基体与晶间共晶相组成,共晶相含有骨骼状a-Al(MnFe)Si金属间化合物。经600℃、5小时均匀化退火,第二相部分溶解并球化,晶界变得不连续;晶界附近偏析的过饱和含锰固溶体发生脱溶,析出纳米级片状a-AlMnSi相。4343合金为典型的枝晶组织,由大量树枝状α(A1)和枝晶间骨骼状铝硅共晶组成。通过OM、SEM、TEM观察热挤压态复合管纵截面组织,结合界面成分EDS分析,发现3003合金与4343合金均发生再结晶,分别沿加工方向均匀分布棒状(MnFe)Al6相和铝硅共晶相。结合界面无明显元素扩散,在局部高温作用下,4343合金中的硅发生短程扩散,与界面附近(MnFe)Al6生成少量a-Al(MnFe)Si相粒子。挤压过程中两层金属真实接触表面发生塑性变形,界面上氧化膜破裂,从而使复合界面形成冶金结合,但仍存在少量未结合间隙。通过对挤压、冷轧、冷拉拔半成品管样品进行拉伸性能和硬度测试,发现随冷加工变形量增大,复合管抗拉强度、屈服强度和基材硬度增大,断后伸长率减小;观察金相和扫描电镜断口组织,冷加工对第二相质点的形态及分布无明显影响;冷变形使等轴状的再结晶组织转变为纤维状组织,合金变形能力下降,界面难以发生滑动分离,界面实现完全结合。研究了退火温度对复合管组织与性能的影响。拉伸性能与硬度测试的结果表明:低于250℃退火时复合管力学性能稍有降低;250℃~400℃区间内,复合管的抗拉强度、屈服强度和基材硬度迅速降低,断后伸长率增大;400℃~500℃退火力学性能稳定。通过EDS分析400℃下退火样品界面元素分布,发现复合管界面无明显元素扩散,说明温度对界面元素扩散无大的影响。通过OM、SEM观察,在250℃~400℃区间的退火样品4343合金层发生了再结晶,而3003合金层仍然为细小的纤维状组织,两层金属塑性变形能力差异较大,界面结合较差;400℃时3003合金也发生再结晶,两层金属变形能力接近,界面结合较好。再提高退火温度,再结晶晶粒没有明显长大,晶粒内析出细小的a-Al(MnFe)Si相。400℃退火的复合管晶粒细小,综合性能良好。在此温度下进行0.5-3小时的不同时间退火,发现随退火时间的延长,复合管的抗拉强度、屈服强度、基材硬度保持稳定。对样品进行OM、SEM观察,表明400℃下退火0.5小时复合管两层合金都已完成再结晶;延长退火时间,3003合金晶粒没有长大,4343合金晶粒有所长大,界面结合变差。

全文目录


摘要??3-5
ABSTRACT??5-9
第一章 文献综述??9-25
??1.1 汽车热交换器用铝材研究现状??9-11
??1.2 金属复合管的主要生产方法及特点??11-15
????1.2.1 冷加工成型法??11
????1.2.2 热加工成型法??11-12
????1.2.3 离心成型法??12-13
????1.2.4 爆炸焊成型法??13-14
????1.2.5 堆焊成型法??14
????1.2.6 电磁脉冲成型法??14-15
??1.3 金属固相结合机理??15-19
????1.3.1 薄膜理论??15-16
????1.3.2 扩散理论??16-17
????1.3.3 三阶段机制??17-19
??1.4 合金元素和杂质元素在3003铝合金中的作用??19-21
????1.4.1 锰对3003合金组织与性能的影响??19-20
????1.4.2 铁对3003合金组织与性能的影响??20-21
????1.4.3 硅对3003合金组织与性能的影响??21
????1.4.4 其他元素对3003合金组织与性能的影响??21
??1.5 Al-Si系铝合金的特性??21-23
??1.6 课题背景及研究内容??23-25
????1.6.1 课题背景??23-24
????1.6.2 研究内容??24-25
第二章 实验材料与实验方法??25-29
??2.1 实验材料及设备??25
??2.2 实验方案??25
????2.2.1 实验研究方案??25
????2.2.2 退火方案??25
??2.3 实验方法??25-29
????2.3.1 普通金相观察??25
????2.3.2 偏光金相观察??25-26
????2.3.3 X射线衍射物相分析??26-27
????2.3.4 硬度测试??27
????2.3.5 拉伸力学性能测试??27
????2.3.6 扫描电子显微镜观察??27
????2.3.7 透射电镜样品的制备与观察??27-29
第三章 3003/4343铝合金复合管制备过程中组织性能研究??29-41
??3.1 挤压前3003、4343合金组织观察??29-32
????3.1.1 铸态及均匀化态3003铝合金的组织??29-31
????3.1.2 铸态4343合金显微组织??31-32
??3.2 加工态3003/4343铝合金复合管的组织与性能??32-37
????3.2.1 复合管的力学性能??32
????3.2.2 复合管金相组织??32-33
????3.2.3 复合管的扫描电镜组织??33-34
????3.2.4 复合管的第二相组织??34-35
????3.2.5 复合管的拉伸断口形貌??35-36
????3.2.6 复合管界面成分分析??36-37
??3.3 分析与讨论??37-39
????3.3.1 复合管制备过程中组织的演变??37-38
????3.3.2 复合管界面结合机理??38-39
??3.4 本章小结??39-41
第四章 3003/343铝合金复合管退火制度研究??41-51
??4.1 退火温度对3003/4343铝合金复合管组织与性能的影响??41-46
????4.1.1 不同温度退火3003/4343铝合金复合管的力学性能??41-42
????4.1.2 不同温度退火3003/4343铝合金复合管金相组织??42-43
????4.1.3 不同温度退火3003/4343铝合金复合管透射电镜组织??43-44
????4.1.4 不同温度退火3003/4343铝合金复合管拉伸断口形貌??44-45
????4.1.5 400℃退火界面成分分析??45-46
??4.2 退火时间对3003/4343铝合金复合管组织与性能的影响??46-49
????4.2.1 不同时间退火3003/4343铝合金复合管力学性能??46-47
????4.2.2 不同温度退火3003/4343铝合金复合管金相组织??47-48
????4.2.3 不同温度退火3003/4343铝合金复合管拉伸断口形貌??48-49
??4.3 分析与讨论??49-50
??4.4 本章小结??50-51
第五章 结论??51-52
参考文献??52-56
致谢??56-57
附录??57

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