【摘 要】
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为满足舰船武器装备的轻量化,铝合金铸件开始大规模被应用于船舶工业。目前,在舰载装备领域应用较多的主要为ZL101、ZL104等传统牌号Al-Si铸造铝合金,存在强度较低、耐蚀性差的问题,难以满足在高湿、高盐的环境下的长时间服役。本课题研究了复合添加Y、Zr元素和超声处理对铸态及T6热处理态ZL101合金组织、力学性能及耐蚀性能的影响,探究了微量元素复合强化和超声作用机理,为高强度耐蚀铝合金的应用提
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为满足舰船武器装备的轻量化,铝合金铸件开始大规模被应用于船舶工业。目前,在舰载装备领域应用较多的主要为ZL101、ZL104等传统牌号Al-Si铸造铝合金,存在强度较低、耐蚀性差的问题,难以满足在高湿、高盐的环境下的长时间服役。本课题研究了复合添加Y、Zr元素和超声处理对铸态及T6热处理态ZL101合金组织、力学性能及耐蚀性能的影响,探究了微量元素复合强化和超声作用机理,为高强度耐蚀铝合金的应用提供了实验及理论基础。具体如下:首先研究了Y、Zr等元素的添加对铸态ZL101合金组织和性能的影响。在合金中单独加入Y元素后,α-Al的二次枝晶臂间距缩小,且使共晶Si从板条状转化为纤维状。复合加入了0.3wt.%的Y元素和0.25wt.%的Zr元素时,共晶Si改性效果最强,其力学性能最佳,屈服强度、抗拉强度、延伸率分别达到127MPa,211MPa,6.26%,较ZL101合金增加了20.95%,19.69%,42.59%;且合金的耐腐蚀性提高,这主要由于富铁相π-Al8FeMg3Si6转变为π-Al8FeMg3Si6YxZry,减小了与α-Al之间的电位差。最终确定了铸态下性能最佳的合金成分为Al+7Si+0.3Mg+0.3Y+0.25Zr。系统研究了T6热处理对添加了Y、Zr等元素合金组织与性能的影响。合金经过T6热处理后,力学性能显著提升,在ZL101+0.3Y+0.25Zr合金中,Al3Zr颗粒数量显著增加,尺寸减少,在合金中分布的更加弥散。因此合金力学性能显著提高,其屈服强度、抗拉强度、延伸率分别达到182Mpa,305Mpa,7.41%。T6热处理后,富集在晶界处的Mg2Si固溶入基体,使其作为阳极弥散分布在基体中,增强对Al合金基体的保护,显著的提升了合金的耐腐蚀性能。研究了超声处理下ZL101和ZL101+0.3Y+0.25Zr两种合金组织与性能。超声处理后,空化作用与声流效应促使α-Al晶粒由枝晶状转变为近等轴晶状。在超声功率为1400W时,两种合金均合金的力学性能最佳,T6处理后ZL101合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到153.2MPa、255.3MPa和6.83%;ZL101+0.3Y+0.25Zr合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到194.2MPa、323.7MPa和8.67%。且由于晶粒形貌的转变,使等轴晶晶界处的共晶硅阻碍了腐蚀区的拓展,有效提升了合金的耐蚀性能。
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