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针对常规铸造Al-Fe合金力学性能差的问题,本文开展了半固态触变成形Al-Fe基合金研究工作,研究了合金元素、半固态触变成形工艺、热处理制度等对合金组织与性能的影响,并发现了T6热处理导致半固态成形Al-Fe基合金力学性能不升反降的奇异现象,开展了合金固溶过程中的相变、时效强化相的析出特征及强化机理研究,确定了该合金反常热处理行为形成的内在机理。合金元素对Al-Fe基合金性能影响研究表明,常规铸造条件下,Cu、Zn、Mg、Mn合金元素的添加可显著提高合金的力学性能,在金属型铸造条件下,Al-5.5Fe-4Cu-2Zn-0.4Mg-0.5Mn合金的抗拉强度可达173.4MPa;T6热处理能后,合金抗拉强度明显升高,约为205.3MPa,伸长率由2.2%提高到4.0%;但T1热处理对合金力学性能的提高有限,经过160℃×6 h时效处理后,合金抗拉强度约为194.1 MPa。半固态触变成形工艺可以有效地细化Al-Fe基合金的显微组织,平均晶粒尺寸细化至7-15μm,合金力学性能得到显著提高,抗拉强度达到270.1MPa,比金属型铸造提高了约67%。对半固态触变成形Al-Fe基合金进行热处理,T6处理后工艺不但没有提高合金的强度,反而出现大幅度降低现象。在500℃×4h固溶后经165℃×6h时效处理,合金抗拉强度仅为173.8MPa,比热处理前降低了约36%;而T1处理后合金力学性能和耐磨性能均得到显著提高。对Al-Fe基合金显微组织分析表明,半固态触变成形后,合金中的富Fe相周围形成了高密度位错塞积;T6处理后,基体中Al2Cu相发生溶解,Cu元素沿高密度位错向Al3Fe相扩散,形成一层富Cu“光圈”,Cu元素的聚集也造成了合金基体中合金元素的贫化,从而使合金失去了时效强化的作用。与此同时,固溶后合金晶粒尺寸增大,平均直径为1720μm,这也是合金T6热处理后力学性能降低的另一个原因。XRD、DSC分析发现,半固态Al-Fe基合金在固溶过程中发生了不同于其他铝合金热处理过程的新型相变,长时间固溶热处理后,Al7Cu2Fe相在Al3Fe相周围形核长大,并形成了包裹Al3Fe相的节状相,厚度达到了500nm左右。通过第一性原理对体系总能进行了计算,由结果可知,Al7Cu2Fe相的生成热远小于Al2Cu相,Al7Cu2Fe相的稳定性相也要大于Al2Cu相。所以随着固溶过程Al2Cu相逐渐溶解,Cu原子不断扩散到Al3Fe周围,形成了更为稳定的Al7Cu2Fe相,从而达到了热力学平衡状态。半固态触变成形后的Al-Fe基合金基体中,出现合金元素呈过饱和状态的现象。T1时效处理初期,在母相α-Al固溶体的{100}面上出现Cu原子聚集区,这些G.P区与母相保持共格,呈圆盘状。随时效时间的延长,Cu原子聚集区逐渐析出过渡相θ2相/θ′相,对合金基体产生有效的强化。T1处理后在晶界上析出球状和条状Al2Cu相,对晶界起钉扎作用,阻止了合金在热处理过程中晶粒的长大;同时,基体中细小呈弥散分布的时效强化相使合金的力学性能和耐磨性得到明显提高。