论文部分内容阅读
铝锰系合金为常用的变形铝合金，3003是该系列合金的代表，由于其具有耐蚀性好、导热性能好、较高的比强度、价格低廉等特点，被广泛地应用在汽车热交换器上，用来代替不锈钢和铜材料等，以实现汽车的轻量化，降低生产和使用成本。 铝质热交换器的快速发展对热交换器用铝合金的力学性能提出了更高的要求，且随着热交换器装配方法的发展和中冷器的出现，又要求热交换器用铝合金具有一定的耐高温性能。因此，针对这个现状，本论文以热交换器用复合铝合金板材的芯材为研究对象，在典型Al-Mn系3003合金的基础上添加了不同的合金元素，以改善合金的力学性能，尤其是合金的高温力学性能，研究了这些元素对合金组织、室温力学性能及高温力学性能的影响。主要结果如下: 3003合金中加入Mg后，铸态下形成了Mg2Si相。经再结晶等热处理后，Mg主要产生了细晶强化、固溶强化和时效强化效应，合金的室温强度和高温强度均大幅度提高，且Mg使得合金晶粒保持明显的长条状，合金的抗蠕变性能也得到明显改善。时效态合金室温抗拉强度为151MPa（比3003合金提高24％），250℃下抗拉强度为78MPa（比3003合金提高56％），250℃/35MPa条件下稳态蠕变速率为2.94×10-6/min，远小于3003合金的9.28×10-5/min。 合金中加入Cu后，铸态下Cu主要形成了Al2Cu相。而经过均匀化退火以及之后的热处理，Cu主要产生了细晶强化、固溶强化和时效强化效应。当和Mg一起添加时，Cu和Mg能够一起产生析出强化和时效强化效应，使得合金的室温强度和高温强度均大幅度提高。时效态10＃合金室温抗拉强度为172MPa（比3003合金提高42％），250℃下抗拉强度为91MPa（比3003合金提高80％），而由于Cu使得合金晶粒趋近等轴晶，部分抵消了Cu的强化作用，合金的抗蠕变性能提高幅度不大。 合金中加入Ni后，Ni同时增加了合金中金属间化合物和弥散相的种类和数量（AlMnFeSiNi相、AlMnNiSi相），和Mg一起添加时细化合金晶粒，明显提高合金的强度，尤其是高温强度，并且Ni使合金晶粒仍保持明显的长条状，合金稳态蠕变速率大幅度减小。时效态3003+0.3Mg+0.2Ni合金室温抗拉强度为189MPa（比3003合金提高56％），250℃下抗拉强度为102MPa(比3003合金提高104％)，250℃/35MPa条件下稳态蠕变速率为5.44×10-7/min，比3003合金小两个数量级。 合金中加入Zr后，铸态下Zr主要形成了AlZr相。经过均匀化退火等热处理后，Zr在合金中主要以Al3Zr弥散相形式存在，但Zr使得合金晶粒发生粗化，导致合金强度提高不明显，而由于Zr使得合金晶粒长条状更为显著，合金的抗蠕变性能明显改善。250℃/35MPa条件下13＃合金的稳态蠕变速率为8.43×10-7/min，也比3003合金小两个数量级。 合金中加入RE后，形成了较多AlRESi相，晶粒组织发生一定细化，合金的室温强度没有明显变化，高温强度得到少许改善。而由于化合物种类和数量增多，合金的抗蠕变能力增强，250℃/35MPa下16＃和18＃合金的稳态蠕变速率分别为1.28×10-6/min和9.79×10-7/min，明显小于3003合金。 综上所有合金，3003+0.3Mg+0.2Ni合金的综合性能为所有合金中最优。Mg产生的细晶强化、固溶强化和时效强化效应可以明显改善合金的室温力学性能。进一步添加Ni，合金晶粒仍然保持明显的长条状，并且合金中耐热化合物的种类和数量均有增加，因此合金的高温性能也大幅度改善。