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材料研究学报  2015, Vol. 29 Issue (7): 535-541    DOI: 10.11901/1005.3093.2014.446
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合金元素对A7N01S-T5铝合金力学性能和断裂韧性的影响
覃超1,苟国庆1(),车小莉1,陈辉1,陈佳1,2
1. 西南交通大学 材料学院 成都 610031
2. 成都市技师学院 成都 611731
Effect of Alloying Elements on Mechanical Property and Fracture Toughness of A7N01S-T5 Aluminum Alloy
Chao QIN1,Guoqing GOU1,**(),Xiaoli CHE1,Hui CHEN1,Jia CHEN1,2
1. School of Materials Science and Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China
2. Chengdu Technician College, Chengdu 611731, China
引用本文:

覃超,苟国庆,车小莉,陈辉,陈佳. 合金元素对A7N01S-T5铝合金力学性能和断裂韧性的影响[J]. 材料研究学报, 2015, 29(7): 535-541.
Chao QIN, Guoqing GOU, Xiaoli CHE, Hui CHEN, Jia CHEN. Effect of Alloying Elements on Mechanical Property and Fracture Toughness of A7N01S-T5 Aluminum Alloy[J]. Chinese Journal of Materials Research, 2015, 29(7): 535-541.

全文: PDF(5552 KB)   HTML
摘要: 

测试4种A7N01S-T5铝合金的力学性能和断裂韧性, 研究了不同合金元素的影响。结果表明: 影响A7N01S-T5铝合金性能的3类合金元素适宜的成分配比为Zn(4.34)、Mg(1.43), Mn(0.27)、Cr(0.13), Zr(0.12)、Ti(0.066)。在此条件下, 合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率、冲击功和断裂韧度分别为415 MPa, 378 MPa, 13.49%, 12.3J和28.950 kJm-2。极差分析表明, Zn、Mg含量是合金强度与塑性共同的主要影响因素。因此, 为了制备出综合性能优异的合金, 需选取适当的Zn、Mg含量。对于成分配比适宜的合金, 其晶内析出相η′(MgZn2)呈细小弥散状分布, 而晶界析出相η(MgZn2)粗大, 呈断续状分布。
关键词 ： 金属材料,  A7N01S-T5铝合金,  合金元素,  显微组织,  力学性能,  断裂韧度    
Abstract：

The influence of alloying elements on mechanical property and fracture toughness of A7N01S-T5 aluminum alloy was investigated on the basis of impact test, tensile test and three point bending test. The results show that with a proper addition of the selected alloying elements such as Zn(4.34), Mg(1.43), Mn(0.27), Cr(0.13), Zr(0.12) and Ti(0.066), the A7N01S-T5 aluminum alloy possesses a comprehensive performance with tensile strength 415 MPa, yield strength 378 MPa, specific elongation 13.49%, impact energy 12.3 J and fracture toughness 28.950 kJm-2 respectively. It is noted that among others the content of Zn and Mg is the main factor influencing both the strength and ductility, therefore, which should be carefully chosen. It is observed that η′ phase precipitates in the grain interior and η phase precipitates discontinuously at grain boundaries for the A7N01S-T5 aluminum alloy with proper chemical composition.
Key words： metallic materials    A7N01S-T5 alloy    alloying element    microstructure    mechanical properties    fracture toughness
收稿日期: 2014-08-25     
基金资助:* 国家重点基础研究发展计划2014CB660807, 国家科技支撑计划2015BAG12B01和中央高校基本科研经费2682014CX003资助项目。
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图1  三点弯曲断裂韧度试验试样的尺寸
Sample No. Si Fe Cu Factor A Factor B Factor C Al
Zn Mg Mn Cr Zr Ti
1# 0.110 0.15 0.084 4.34 （4.2-4.5） 1.43 (1.4-1.6) 0.27 (0.2-0.35) 0.13 （0.1-0.15） 0.12 (0.1-0.15) 0.066 (0.05-0.1) Bal.
2# 0.093 0.15 0.079 4.33 （4.2-4.5） 1.47 (1.4-1.6) 0.36 (0.35-0.5) 0.24 （0.2-0.3） 0.16 (0.15-0.25) 0.028 (0-0.05) Bal.
3# 0.075 0.16 0.084 4.69 (4.5-4.8) 1.63 （1.6-1.8） 0.22 (0.2-0.35) 0.14 （0.1-0.15） 0.17 (0.15-0.25) 0.027 (0-0.05) Bal.
4# 0.085 0.16 0.073 4.54 (4.5-4.8) 1.59 (1.6-1.8) 0.34 (0.35-0.5) 0.24 （0.2-0.3） 0.13 (0.1-0.15） 0.097 (0.05-0.1) Bal.
表1  实验铝合金的化学成分
Sample No. Rm/MPa R0.2/MPa A/% R(R0.2/Rm) KV2/J Jm（12）/kJm－2
1# 415 378 13.49 0.9108 12.3 28.950
2# 401 363 14.98 0.9052 16.13 43.835
3# 436 405 12.71 0.9288 9.33 19.180
4# 419 382 12.31 0.9116 10.67 24.644
表2  不同成分的A7N01S-T5铝合金的力学性能和断裂韧度
图2  断裂韧度Jm(12)与冲击功KV2的关系曲线
Factor Level Rm/MPa R0.2/MPa A/% KV2/J Jm（12）/kJm－2
A 1 408 371 14.24 14.32 36.393
2 428 394 12.51 10 21.912
B 1 426 392 13.1 10.82 24.065
2 410 373 13.65 13.4 34.240
C 1 417 380 12.9 11.49 26.297
2 419 384 13.85 12.73 31.508
Target component Influence degree A2B1C2(3#) A2B1C2(3#) A1B2C2(2#) A1B2C2(2#) A1B2C2(2#)
A>B>C A>B>C A>C>B A>B>C A>B>C
表3  极差分析结果
图3  不同成分A7N01S-T5铝合金的显微组织
图4  不同成分的A7N01S-T5铝合金的第二相分布和能谱分析
图5  不同成分A7N01S-T5铝合金三点弯断裂韧性实验断口的形貌
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