新型高比强轻质合金的形成及力学性能研究

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本论文的主要内容是研发制备了具有急冷区域结构的Al、Mg、Ti轻合金体系，对其力学性能进行了研究，并利用强化孕育的手段对合金的力学性能进一步优化。首先，在AlNiY三元合金体系中，当Al含量为85at％到94at％时，快速凝固状态下部分合金形成了具有超细组织的急冷区域结构。在Al90Ni4Y6合金中，具有纳米组织的急冷区域厚度为150-200微米，其芯部为较致密的fcc-Al固溶体枝晶组织。在快速凝固条件下，合金的表层由于具有高的冷却速度，从而形成具有纳米尺度的细小组织，而芯部冷速相对较低，从而形成了枝晶组织。在实验基础之上提出了形成此类急冷组织的形成原则，并对其形成成分范围进行了讨论。进而，发现了类似的组织结构的MgCuAgY合金和TiCo(Cu)合金，并对这些合金的添加元素和成分与显微组织的关系进行了研究和探讨。其次，利用多种力学测试手段，对Al、Mg、Ti急冷区域合金的力学性能进行了研究，发现此类合金具有优秀的力学性能。AlNiY急冷区域组织显微硬度高达到4GPa，合金的压缩强度超过1GPa，而且在压缩变形过程中未发生断裂失效行为。随着合金成分的变化，形成了不同的组织，对应合金的性能也有明显的不同，具有高Al含量的AlNiY合金体现出良好的弯曲塑性和较高的强度。同样，在MgCuAgY和TiCo(Cu)合金体系中，急冷区域组织表现出高的显微硬度、高屈服强度和良好的塑性变形能力。结合合金的组织形貌和断口特征，对合金的强化机理以及变形机理进行了分析。此外，在急冷区域合金显微组织的启发之下，利用强化孕育的手段对AlNiY和商用AlCu合金进行了处理，强化孕育处理以后的AlNiY合金的组织结构和力学性能发生了明显变化，其屈服强度有明显提高，合金表现出近2％的拉伸塑性。同样，AlCu商用合金经过强化孕育处理后，力学性能进一步优化，合金拉伸强度和塑性均有提高。综合以上研究结果，急冷区域合金具有特殊的组织结构和优秀的力学性能，作为一种新型高比强合金，其制备、形成和性能研究具有重要的科学意义和应用价值。

新型高比强轻质合金的形成及力学性能研究

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