Sc、Zr复合添加对7085铝合金组织与性能的影响

通过金相显微镜、背散射电子衍射(EBSD)和拉伸力学测试,研究了Sc和Zr元素对7085铝合金组织与性能的影响。结果表明,Sc、Zr具有很强的晶粒细化效果,添加Zr可使铸态晶粒尺寸减小46.7%,添加Sc可减小51.4%,复合添加Sc、Zr效果最佳可减小58.1%。同时,Sc、Zr在合金中会生成Al3Sc和Al3Zr,具有很强的抑制再结晶作用。经轧制、固溶时效后,未添加Sc、Zr的合金会完全再结晶,仅添加Zr的合金再结晶程度为60%,添加Sc和Sc、Zr复合添加的合金再结晶程度非常低,仅约为5%。因此,复合添加Sc、Zr可大幅提高合金的力学性能,在相同工艺条件下,其抗拉强度达606 MPa,比未添加Sc、Zr的合金提高17.6%。     

固溶处理对Al-9.0Zn-2.8Mg-2.5Cu-0.12Zr-0.03Sc铝合金组织性能的影响

采用金相显微镜、差热分析(DSC)和透射电镜(TEM)研究复合添加0.03%Sc 与0.12%Zr 及固溶处理对Al?9.0Zn?2.8Mg?2.5Cu合金组织性能的影响,以及添加少量(小于0.1%)的Sc是否能得到高性能铝合金。结果表明：添加0.03%Sc与0.12%Zr可以使Al?9.0Zn?2.8Mg?2.5Cu合金出现“花瓣状”的Al3(Sc,Zr)析出相;Al3(Sc,Zr)粒子对位错有强烈的钉扎作用,明显抑制 Al?9.0Zn?2.8Mg?2.5Cu 合金在均匀化和挤压过程中的再结晶;多级固溶明显优于单级固溶,可以在添加少量Sc(小于0.1%)时,避免Al?9.0Zn?2.8Mg?2.5Cu发生再结晶：(420°C,3 h)+(465°C,2 h)为最佳固溶条件,此时Al?9.0Zn?2.8Mg?2.5Cu?0.12Zr?0.03Sc合金的抗拉强度为777.29 MPa,伸长率为11.84%。     

添加微量Sc、Zr对超高强铝合金微观结构和性能的影响

采用低频电磁铸造技术制备Al-9Zn-2.8Mg-2.5Cu-x Zr-y Sc（x=0,0.15%,0.15%;y=0,0.05%,0.15%）合金,借助金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、力学性能测试等手段分别对其均匀化、热挤压态、固溶态和时效态的组织与性能进行对比分析。结果表明：添加微量Sc和Zr,会在凝固过程中形成初生Al3（Sc,Zr）,可显著细化合金铸态晶粒;均匀化时形成的次生Al3（Sc,Zr）粒子可以强烈钉扎位错和亚晶界,有效抑制变形组织的再结晶,显著提高合金的力学性能。与不含Sc、Zr的合金相比,含0.05%Sc和0.15%Zr的合金经固溶处理和峰值时效处理后其抗拉强度和屈服强度分别提高172 MPa和218 MPa,其强化作用主要来自含Sc、Zr化合物对合金起到的亚结构强化、析出强化和细晶强化。     

Al-9.0Zn-2.5Mg-2.5Cu-0.15Zr-0.2Sc合金中Al3(Sc,Zr)粒子的析出行为

采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜和能谱分析,研究了Al-9.0Zn-2.5Mg-2.5Cu-0.15Zr-0.2Sc合金中Al3(Sc,Zr)粒子的形貌及其细化合金铸态组织、提高合金性能的机理.从熔体中析出的一次Al3(Sc,Zr)粒子是α(Al)固溶体的有效形核剂,该粒子以亚稳的Ll2型Al3Zr为核心,形成富钪与富锆Al3(Sc,Zr)层相间排列的多层复合结构;铸态合金退火后,α(Al)基体内析出二次Al3(Sc,Zr)粒子,经450℃×3 2h退火,二次Al3(Sc,Zr)粒子尺寸为16 ～ 23 nm,与α(Al)基体完全共格,该粒子钉扎位错和亚晶界,阻碍合金再结晶过程,提高合金再结晶温度;合金经RRA处理后,抗拉强度、伸长率和电导率分别为:667.5 MPa、7.5％和37.8％ IACS,具有良好的综合性能.     

2024、2524合金和含微量Sc、Zr的2524铝合金板材的组织和性能

制备了含微量Sc、Zr的2524铝合金板材,采用拉伸力学性能测试、金相、X射线衍射和透射电子显微分析技术,比较研究了2024、2524合金和含微量Sc、Zr的2524铝合金板材的组织和性能.结果表明,微量Sc和Zr在2524铝合金中主要以次生的Al3(Sc,Zr)粒子形式存在,这种粒子与基体共格,钉扎位错和亚晶界,高温固溶处理过程中仍然能够部分抑制合金的再结晶.在T3状态下,含Sc、Zr的2524铝合金的塑性与2524铝合金的相当,而屈服强度提高了18 N/mm2.微量Sc、Zr对Al-Cu-Mg合金的强化作用主要来源于添加微量Sc、Zr引起的细晶强化、亚结构强化和析出强化.     

微量锆对7055型铝合金淬火敏感性的影响

通过常温力学性能测试及用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜研究了微量Zr对7055型铝合金淬火敏感性的影响。结果表明，Zr的添加增加了合金强度的淬火敏感性，减小了延伸率的淬火敏感性，这种影响在Zr含量〉10．1％时较明显。含Zr合金中部分再结晶的发生，不但增加了随机大角度晶界的数量，还导致Al3Zr粒子失去与基体的共格性，从而增加了合金缓冷时粗大平衡相析出的非均匀形核位置，是合金强度淬火敏感性增加的主要原因。Zr的添加阻碍再结晶，细化晶粒，是合金延伸率淬火敏感性减小的主要原因。     

Sc微合金化对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织性能的影响

采用铸锭冶金法制备了Al-8.0Zn-2.0Mg-1.2Cu-0.15Zr-xSc合金,对合金进行了固溶、时效处理,测试了不同状态下合金的力学性能和电导率,利用光学显微镜、扫描电镜和透射电子显微镜研究了合金不同状态的显微组织。结果表明:添加微量钪形成的一次Al3(Sc,Zr)相可作为异质形核核心,细化合金铸态组织;均匀化退火过程中析出的二次Al3(Sc,Zr)粒子强烈钉扎位错和亚晶界,有效阻碍固溶处理过程中合金的再结晶;含0.30%Sc的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的抗拉强度和伸长率显著高于不加钪的铝合金,经一般固溶及回归再时效(RRA)处理后含0.30%Sc合金的抗拉强度提高36 MPa、屈服强度提高30 MPa、伸长率提高3.0%;采用470℃×60 min+485℃×60 min强化固溶处理,降低合金固溶态的电导率,将合金固溶态以及T6态的抗拉强度分别提高了79.6 MPa、55.8 MPa。     

Sc和Zr复合微合金化对Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能的影响

采用水冷铜模一激冷铸造法，制备了三种Sc和Zr含量不同的Al-Zn-Mg-Cu合金薄板材，测试了合金经120℃时效不同时间后的拉伸性能，利用光学显微镜和透射电子显微镜观察了合金的显微组织。结果表明：采用Sc和Zr复合微合金化可明显细化合金的铸态晶粒组织，抑制合金的再结晶，大大提高合金的强度；Sc含量越高，晶粒细化效果越好，合金强度提高也越大；微量Sc和Zr在Al-Zn-Mg-Cu合金中主要以Al3（Sc，Zr）质点的形式存在，初生Al3（Sc，Zr）粒子是在合金凝固过程中形成的，主要起非均质形核的作用，次生Al3（Sc，Zr）粒子是合金在均匀化处理和后续热处理中析出的，起亚结构强化和直接析出强化作用。     

SCR成形Al-3Mg-0.4Sc合金线材的组织与性能

采用电子拉伸实验机、金相显微镜、扫描电镜及透射电镜，研究了单辊搅拌冷却技术（Shearing-Cooling-Rolling，简称SCR）成形Al-3Mg-0．4Sc合金线材的组织与性能。结果表明：经SCR成形的合金线材晶粒组织非常细小，Sc主要以初生Al3Sc粒子和次生Al3Sc粒子存在。初生Al3Sc粒子是在SCR成形中凝固形成的，作为非均质晶核细化合金晶粒。次生Al3Sc粒子是合金在热处理过程中沉淀析出的，有效钉扎位错和亚晶界，抑制合金再结晶。d5．9mm合金线材320℃时效2h的抗拉强度为425MPa，延伸率为19．8％。SCR成形Al-3Mg-0．4Sc合金具有较高强度的主要原因有两个：1）SCR成形单辊剪切细化晶粒和初生Al3Sc粒子作为非均质晶核细化晶粒共同作用所产生的细晶强化；2）适当热处理过程中沉淀析出的细小、弥散的Al3Sc强化相粒子的沉淀强化。     

固溶及高温时效对Al-0.2Sc-0.04Zr、Al-0.15Sc-0.07Zr、Al-0.1Sc-0.05Zr合金力学性能的影响

通过硬度测试、电导率测定、金相显微镜观察等方法,确定合金的固溶工艺为600℃×24h水淬。经过高温时效处理后发现Al-0.2Sc-0.04Zr、Al-0.15Sc-0.07Zr、Al-0.1Sc-0.05Zr三组合金在300℃时时效465min后强化效果最佳。通过对比高温时效处理后不同Sc-Zr含量的Al-Sc-Zr合金的力学性能发现:Sc的添加,可以有效的增加合金的强度,在一定范围内,Sc含量越多,强度提升越明显。微量Zr元素能够有效抑制初生Al3Sc沉淀粒子的形成,从而使合金延伸率上升。综合结果表明,时效处理后Al-0.2Sc-0.04Zr的力学性能较好,其抗拉强度、屈服强度、延伸率分别为229.626MPa、97.707MPa、11.8%。     

Sc、Zr微合金化对Al-4Cu-1.5Mg合金组织与性能的影响

试验研究了Sc和Zr复合微合金化对Al-4Cu-1.5Mg合金铸态显微组织与力学性能的影响规律。结果表明,复合添加微量Sc和Zr,有效改善了合金铸态微观组织,细化了合金晶粒,使粗大的树枝晶转变为均匀细小的等轴晶。当Sc、Zr含量分别为0.4%和0.2%时,合金的抗拉强度、屈服强度及伸长率分别为275.0MPa、176.0MPa和8.0%,与未添加合金元素的Al-4Cu-1.5Mg合金相比,抗拉强度提高了55.3%,伸长率提高了近3倍。     

退火温度对Al-6Mg-Sc-Zr合金组织与性能的影响

采用半连续铸锭冶金法制备一种成分为Al-6Mg-0.4（Sc＋Zr）的合金,冷轧板材经不同温度稳定化退火处理1 h,然后测试合金的拉伸力学性能,借助光学金相、扫描电镜、能谱仪以及透射电镜分析研究不同退火温度下Al-6Mg-0.4（Sc＋Zr）合金的显微组织结构变化及微区成分。结果表明：合金抗拉强度和屈服强度随退火温度的升高而降低,而其伸长率随退火温度的升高而增大;合金在退火过程中,随退火温度的升高,依次发生不同程度的回复和部分再结晶;300℃以下退火1 h,合金中只发生不同程度的回复;350-500℃退火1 h,发生部分再结晶;合金在300℃退火处理1 h后拉伸力学性能为：σb 423 MPa,σ0.2 311 MPa,δ20.8%。     

微量Sc和Zr对2524SZ合金薄板疲劳裂纹扩展特性的影响

采用拉伸和疲劳力学性能测试、金相和透射电子显微分析,研究2524和用微量Sc和Zr合金化的2524SZ合金T3态薄板的组织和性能,考察微量Sc和Zr合金化对2524SZ合金T3态薄板疲劳裂纹扩展特性的影响。结果表明:微量Sc和Zr在2524SZ合金中主要以次生的Al3(Sc,Zr)粒子形式存在,这种粒子与基体共格,固溶处理过程中能部分抑制合金的再结晶,基体晶粒组织主要由细小的亚晶组成;在相近的应力强度因子ΔK条件下,2524和2524SZ合金T3态薄板的疲劳裂纹扩展速率分别为4.50和2.35μm/cycle,表明添加微量Sc和Zr能显著降低2524SZ合金抵抗疲劳裂纹扩展速率;亚晶强化和Al3(Sc,Zr)相析出强化是微量Sc和Zr使2524SZ合金疲劳裂纹扩展速率降低的主要原因。     

含钪7xxx系铝合金的再结晶

采用金相显微镜和透射电子显微镜研究了含钪Al-Zn-Mg-Cu-Zr系铝合金组织的再结晶,测试了不同温度下退火1h合金的硬度。结果表明:含0.20%Sc的7xxx系铝合金(冷变形量50%)的再结晶起始温度为475℃,再结晶终了温度为525℃。合金在均匀化以及热加工过程中析出细小、弥散的二次A l3(Sc,Zr)粒子钉扎位错、亚晶界和晶界,使回复过程中的位错运动受阻,保持基体内较高的位错的密度,阻碍加热时位错重新排列呈亚晶界以及更进一步发展成大角度晶界的过程;阻碍了再结晶核心长大过程,阻碍大角度晶界的迁移,从而提高再结晶温度。     

Ti、Sc、Zr对铝合金微观组织的影响

制备了含Ti、Sc、Zr的铝合金,测量了平均晶粒直径和硬度,并利用金相显微镜、XRD、SEM和EDS等方法研究其细化及强化机理。结果表明：Ti元素能显著细化合金的晶粒,但不能提高合金的硬度;0.2%Sc对合金晶粒细化不太显著,但对硬度提高非常显著;0.13%Zr添加时,其细化效果略好于0.20%Sc,而对硬度的影响略低于0.20%Sc;当三者同时添加时,得到较好的细化及强化效果。     

Al—Mg—Sc—Zr合金的再结晶

研究了添加微量Sc，Zr的Al-Mg合金的再结晶行为，结果表明：Al-Mg-Sc-Zr合金的再结晶起始温度为400℃，细小、弥散基体共格的析出相对位错和亚昌的钉扎作用是合金再结晶温度大幅度提高的主要原因，再结晶形核机制为亚聚合机制。     

Sc含量对Al-Mg-Sc-Zr合金铸态组织及时效强化的影响

用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）及显微硬度仪研究了Sc含量对Al-5.5Mg-0.5Mn-XSc-0.1Zr (质量分数,%) (0.05≤X≤0.50)合金铸态显微组织和时效处理后二次析出相的形貌及其强化作用的影响。结果表明：当Sc含量少于0.09%（质量分数,下同）时,凝固过程中无含Sc相析出,铸锭组织为柱状树枝晶,时效后强化作用有限;当Sc含量在0.16%~0.23%时,凝固过程中析出少量初生及共晶Al3(Sc, Zr)相,这既能够细化晶粒,又不影响时效后二次析出相的热稳定性,时效后合金的硬度也较高;而Sc含量过高（X≥0.23）时,合金中初生和共晶Al3(Sc, Zr)相的含量增多,虽然也能够细化晶粒,但凝固后基体中固溶的Zr含量也会随之降低,导致二次Al3(Sc, Zr)相的热稳定性降低,450 ℃时效24 h后二次析出相粗化严重,强化作用很弱     

微量Sc和Zr对锌铝共析合金微观结构和阻尼性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜、XRD及阻尼性能测试等手段研究了添加Sc和Zr对锌铝共析合金阻尼性能的影响。结果表明 :0 .2 1%Sc和 0 .15 %Zr使锌铝共析合金铸态组织显著细化 ,阻尼性能提高 ,阻尼稳定性提高 ;两种合金Zn 2 2 .1%Al和Zn 2 2 %Al 0 .2 1%Sc 0 .15 %Zr分别在约 2 0 8℃和 195℃出现内耗峰。分析认为Al3 Sc及Al3 (Sc ,Zr)质点对α/α ,α/β ,β/β界面的非弹性粘滞运动的阻碍引起高阻尼 ,并致使峰位移向低温。同时 ,这些质点有效地阻止位错的迁移和亚晶的形成、长大和合并 ,使阻尼稳定性提高