Er、Zr微合金化对Al-Zn-Mg合金组织及性能的影响

研究了Er、Zr元素的添加对Al-Zn-Mg合金的微观组织、力学性能和腐蚀性能的影响。结果表明,Er、Zr元素的复合添加可以使合金的硬度、强度以及抗腐蚀性能有明显提高。Er、Zr元素的添加形成了弥散分布的纳米级Al₃(Er, Zr)析出相,阻碍位错运动和晶界迁移,使合金的强度得到明显提高。另外,Er元素的添加使合金的晶粒细化,既提高了强度也保证了一定的伸长率,还使合金具有良好的抗剥落腐蚀性能。     

退火对冷轧态Al-0.04Er和Al-0.08Zr合金组织和性能的影响

本文对比研究了Al-Er和Al-Zr冷轧后退火过程中的组织和性能变化。结果表明,相同含量的Er元素比Zr元素对电导率的影响小,而且在退火析出过程中Er元素能够比较充分的析出,退火后Al-Er合金的电导率高于Al-Zr合金。冷轧态Al-Zr合金退火过程中由于Zr原子的析出会导致电导率上升,但析出的二次相的增强作用较弱,由于退火过程中的回复和再结晶使得合金的硬度下降。冷轧态Al-Er合金在退火过程中Er原子的析出会导致电导率上升,而且析出的二次相能起到显著的增强作用,在退火过程中能够阻碍位错运动,合金的硬度会先出现上升,之后由于析出相的粗化使得其对回复和再结晶的阻碍作用减弱,合金的硬度下降。     

Al-Er-Zr合金的时效析出过程

利用显微硬度、TEM、HREM等测试方法对Al-Er-Zr合金的时效析出过程及析出相Al3(Er1-xZrx)的粗化行为进行研究。结果表明:二元合金Al-0.04Er在375℃时效5 min后出现硬度峰(约为40.3HV),随后迅速下降出现过时效;添加Zr能够显著提高其热稳定性,三元Al-Er-Zr合金中过时效现象显著滞后于Al-Er二元合金。在三元合金Al-Er-Zr中,随着Zr含量的增加,合金在长时间时效后,由于Er、Zr的协同析出而出现第二个更高的时效峰值,约为53.5HV,明显高于Al-Er二元合金的硬度。Al3(Er1-xZrx)粒子在高温粗化过程中逐渐长大,其平均直径d与退火时间t的关系符合LSW理论中的关系式。     

Al-Mg-Si变形合金的铸态组织特征

制备了一种含Er和Zr元素的板材用Al-Mg-Si合金,其化学成分为Al-0.8Mg-1.0Si-0.8Cu-0.2Mn-0.15Zr-0.3Er。通过透射电镜、X射线衍射、扫描电镜、能谱和光学显微镜等分析,研究了合金铸态组织特征,探讨了合金均匀化退火前后析出相的变化。结果表明,添加Er、Zr元素后,铸锭的晶粒多呈等轴晶,第二相主要为Mg2Si、Al1.9CuMg4.1Si3.3、CuAl2、Al4Mn3Si2、初生Al3Er、Al3Zr和β-Si相;均匀化退火后,第二相质点分布均匀,Mg2Si、Al1.9CuMg4.1Si3.3、CuAl2相溶解消失,过饱和固溶Er元素析出,形成与基体共格的Al3Er相粒子,并形成了核壳状Al3(Er,Zr)复合相。     

Ti、Sc、Zr联合添加对7005铝合金组织和性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜、硬度计、MTS810液压伺服试验机、EDS能谱仪等手段研究了Ti、Sc、Zr联合细化的7005铝合金变形前后的显微组织和性能。结果表明,Ti、Sc、Zr联合细化的7005铝合金具有最小的晶粒度,最优的力学性能,比细晶铝锭(GRAI)单独细化或者Sc、Zr联合细化的效果好,抗拉强度比国家标准提高了约24%,伸长率提高了55%。这是因为Ti、Sc、Zr联合细化的合金在凝固过程中形成了与基体共格的一次Al₃(Sc_xZr_1-x)和Al₃(Sc_xTi_1-x)粒子,起到了异质形核的作用,细化了合金晶粒尺寸。合金在均匀化和固溶时效处理后析出了大量弥散分布、热稳定性高并与基体共格的Al₃(Sc_xZr_1-x)粒子,提高了合金的硬度和强度。     

Al-Er-Zr/Hf合金析出相高温粗化行为

将峰时效态Al-Er-Zr/Hf合金依次在450℃、500℃高温退火,探讨Al-Er-Zr/Hf合金析出相的高温粗化行为。结果表明:经450℃退火处理时,Al-Er-Zr/Hf合金硬度明显下降,电导率先下降后上升,且经450℃×100 h退火后的电导率高于峰时效态;再经500℃退火处理时,Al-Er-Zr/Hf合金的硬度及电导率变化均与450℃退火类似,但500℃×100 h退火后的Al-Er-Zr/Hf合金电导率值要低于500℃×100 h退火前;Al-Er-Zr/Hf合金中析出相的粗化过程符合LSW理论,其粗化过程主要受Zr、Hf原子扩散控制;Hf元素的添加能降低析出相的高温粗化速率,而且含量越多,效果越明显。     

Er对Al-5.2Mg-0.6Mn合金组织与性能的影响

对不同退火温度下不含Er和含Er的Al-5.2Mg-0.6Mn铝合金的组织、硬度、拉伸性能和断口形貌进行了对比分析。结果表明,在相同退火温度下,含Er铝合金的显微硬度均高于不含Er铝合金,含Er铝合金的抗拉强度和屈服强度均高于不含Er铝合金。含Er铝合金相对不含Er铝合金的再结晶温度有明显提高,这主要与合金中Er元素添加后,形成了与基体保持共格或者半共格关系的纳米级Al_3Er或者Al_3(Zr,Er)粒子有关。     

Zr含量对Al-Zr合金时效析出和性能的影响

对比研究了Zr添加(0.05,0.15和0.25wt%)对Al-Zr合金固溶态和固溶轧制态时效析出行为、硬度和导电率的影响。结果表明,固溶态Al-Zr合金的晶粒尺寸随Zr含量的增加而减小,但是固溶轧制态Al-Zr合金的晶粒尺寸对Zr添加量不敏感。固溶态Al-Zr合金在350 ℃时效过程中,由于Al₃Zr沉淀相的析出,合金硬度随Zr含量增大而增大,但是更强的点阵畸变场则导致导电率降低。而在固溶轧制态合金的时效中,大量变形位错的存在促进了Al₃Zr相的析出,Al-Zr合金在250 ℃下时效具有比350 ℃时效更优的硬度和导电率的综合性能。特别是0.25wt%Zr添加的Al-Zr合金,其析出强化可以有效补偿时效过程中位错湮灭引起的硬度降低,保持较高的硬度。综合考虑,固溶轧制态Al-0.25wt%Zr合金经250 ℃时效25 h后具有最优的硬度(47.5 HV0.5)和导电率(55.6%IACS)组合。     

高强度高导电率Al-Er-Cu合金的双级退火工艺研究

本文对比研究了冷轧态Al-Er-Cu合金单级和双级退火过程中硬度与电导率变化规律,发现由于Er和Cu的析出温度区间不同,单级退火处理无法在该体系中得到高强度高导电率的导体材料。Al0.04Er0.4Cu合金虽然在150℃和200℃退火后硬度下降不明显,但是其所能达到的最高电导率较低;在300℃长时间退火后,最高的电导率可以达到61%IACS,但是硬度显著下降。300℃/2 h+200℃/20 h双级退火后Al0.04Er0.4Cu合金的电导率为62.3%IACS,高于单级退火所能得到的最高电导率约2%IACS;300℃/2 h+200℃/20 h双级退火后硬度为70.5 HV,与冷轧态硬度相比仅下降1.5 HV。这说明300℃/2 h+200℃/20 h双级退火是合适的工艺,能够获得高强度高导电率的Al-Er-Cu合金导体材料。     

相对挤压比对Al-Zn-Mg合金构件不同部位组织和性能的影响

采用全谱直读光谱仪、X射线衍射技术、拉伸试验测试方法和光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、能谱仪观察方法,研究了相对挤压比对Al-Zn-Mg合金构件不同部位热处理前后微观组织和性能的影响。结果表明:挤压态和时效态构件中都存在Al₃(Zr,Ti)粒子。相对挤压比越大,Al₃(Zr,Ti)粒子含量越高,对热处理过程中再结晶抑制程度越强,热处理后构件仍保留大量的纤维组织,且MgZn₂相会在晶界处析出聚集;相对挤压比越大,热处理后构件平均晶粒尺寸增幅越低,屈服强度、抗拉强度和伸长率提升越大。     

Ni含量对Cu-xNi-3Ti-0.1Zr合金组织和性能的影响

采用真空熔炼并经均匀化退火、热轧、固溶、冷轧和时效处理工艺制备Cu-xNi-3Ti-0.1Zr(x=2、4、6)合金,通过X射线衍射仪、光学显微镜和扫描电镜对合金的析出相进行表征和分析。结果表明,Ni的加入能够显著提高合金的导电率,且对其硬度的影响也同样显著。Ni在Cu-xNi-3Ti-0.1Zr合金中主要以CuNiTi相存在;Ni的加入导致合金中大量CuNiTi相的析出,降低了基体中Ti的固溶度,使合金的晶格畸变程度降低,从而提高了合金的导电率。但随着Ti的析出,Ti对合金的强化效果减弱,从而导致合金的硬度降低。在本试验工艺下,Cu-xNi-3Ti-0.1Zr(x=2、4、6)合金在500 ℃时效的峰值硬度分别为295、231、201 HV0.5。     

时效处理对挤压成型2195铝锂合金组织和力学性能的影响

研究了热处理对挤压态2195铝锂合金组织和力学性能的影响。结果表明,固溶处理和人工时效处理对挤压合金的力学性能有显著的增强作用,这与析出相的类型、尺寸、数量密度和分布有关。2195铝锂合金在时效过程中的析出顺序为过饱和固溶体(SSSS)→GP区+δ′/β′(Al₃(Li,Zr))→δ′+θ′(Al₂Cu) +T₁ (Al₂CuLi)→θ′+T₁;其中T₁相在析出强化中起主导作用。2195铝锂合金经过525 ℃×60 min固溶后在170 ℃人工时效的峰时效时间是36 h,此时抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为579 MPa、537 MPa和5.5%。     

Mg含量对Al-Zn-Mg铝合金组织及性能的影响

通过改变镁的含量,设计了4种不同成分的Al-6.0Zn-xMg合金。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、差式扫描量热分析仪(DSC)、硬度、导电率以及室温拉伸等分析测试方法,研究了Mg含量对Al-Zn-Mg合金铸态、均匀化态组织性能及T6态力学性能的影响。结果表明:4种铸态合金组织晶界附近存在大量共晶网状结构与链状第二相,主要为α(Al)+三元T(AlZnMg)相,合金中还存在少量的Al₃(Zr,Ti)相和富铁相,提高Mg含量会使合金组织中的非平衡共晶相增加。合金均匀化处理后空冷,基体内有大量细小弥散的针状η(MgZn₂)相析出,且随着Mg含量的提高,这种针状η(MgZn₂)相的析出数量也逐渐增多。随着Mg含量增加,硬度逐渐增加,导电率逐渐下降,且均匀化态合金的硬度及导电率比铸态的高。4种T6态合金中Al-6.0Zn-2Mg合金的综合力学性能最佳。     

Cu-0.8Cr-0.2Zr合金固溶时效后的组织与性能研究

通过检测Cu-Cr-Zr合金在固溶时效过程中硬度、电导率的变化及显微组织的观察,研究不同热处理条件对该合金组织和性能的影响。试验结果表明：固溶时效后在合金基体中能得到大量的孪晶组织及细小的析出粒子,在两者综合作用下,合金的组织和性能得到极大的改善。合金在980℃固溶、450℃时效3 h后性能最佳。合金的硬度为111.5 HBS,相对电导率为78.42%IACS。     

Er、Zr微合金化5083铝合金的超塑性

针对5E83合金(Er、Zr微合金化5083合金),采用超塑性拉伸试验、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM),探究了Er、Zr微合金元素、晶粒尺寸、变形温度、应变速率对合金超塑性的影响。通过再结晶退火、空冷和水冷的搅拌摩擦加工(FSP),分别获得了晶粒尺寸为7.4、5.2、3.4μm的完全再结晶组织,作为初始状态进行超塑性拉伸。结果表明,初始晶粒尺寸越细小,超塑性伸长率越高。当晶粒尺寸>5μm时,超塑性变形过程晶粒粗化缓慢,细化初始晶粒可显著提高超塑性;而当晶粒尺寸<5μm时,超塑性变形过程晶粒粗化严重,进一步细化初始晶粒对超塑性的提高有限。不同变形温度、应变速率的超塑性拉伸结果显示在变形温度为450～540℃、应变速率为1.67×10^-4～1.67×10^-1 s^-1,超塑性伸长率随变形温度和应变速率的提高呈现先上升后下降再上升的趋势;变形温度为520℃、应变速率为1.67×10^-3 s^-1条件下,水冷FSP态合金获得最大伸长率330%...     

均匀化处理对挤压态Al-4Si(-0.2Er)合金显微组织及性能的影响

为改变Al-Si合金中第二相的尺寸、形貌及分布,改善合金的电学和力学性能,选用稀土元素Er作为合金化元素,制备了Al-4Si、Al-4Si-0.2Er合金,探究了稀土Er及均匀化处理对挤压态Al-4Si、Al-4Si-0.2Er合金显微组织及电学、力学性能的影响。结果表明:稀土Er有利于促进固溶态Si的析出且形成新相ErSi₂,增加了合金中第二相数量,弥散强化效果明显,提高了合金的力学性能,且导电率保持稳定。均匀化处理工艺为540 ℃×1 h炉冷的Al-4Si-0.2Er合金综合性能较强,均匀化处理促进了第二相的析出,同时减小了第二相尺寸,使其以颗粒状弥散分布,Al-4Si-0.2Er合金的导电率由挤压态的51.61%IACS提高至56.44%IACS,提高了9.4%,炉冷过程导致了合金的力学性能略有下降,抗拉强度为87.80 MPa,伸长率为35.9%,硬度为36.00 HV0.3。     

退火工艺对3003铝合金板微观组织与力学性能的影响

研究了退火工艺对3003铝合金板微观组织与力学性能的影响。试验结果表明,3003铝合金板退火后第二相粒子主要为Al₆(Mn, Fe)、Al₆Mn以及在位错或者亚晶界等缺陷处形成的α-Al(Fe, Mn)Si相。随退火温度升高和保温时间延长,第二相粒子发生粗化,并出现了少量的弥散第二相。当退火温度为450 ℃时,第二相又重新固溶到基体。随退火温度升高,3003铝合金板硬度稳定在31.0 HV0.5 左右,抗拉强度整体上呈下降趋势,伸长率呈增加趋势。     

Al-Cu-Mg-Mn-Sc-Zr合金均匀化过程中的结构转变

通过电子探针微分析(EPMA)等手段研究了Al-Cu-Mg-Mn-Sc-Zr合金均匀化过程中的结构演变。结果显示:铸态时,晶界上存在大量共晶网络状Al₂Cu相及Al₆(Mn,Cu)相,初生Al₃(Sc,Zr)和Al₂CuMg相形成较少, 并没有发现W(AlCuSc)相。在520 ℃下均匀化,Al₂Cu相在12 h后就几乎完全回溶,16 h彻底溶解,这与均匀化动力学分析得到的14.1 h基本吻合,而Al₆(Mn,Cu)相并不能溶解,且在均匀化过程中会形成一些粗大的、不连续排列的W相颗粒,可见添加Sc会影响均匀化过程中的组织变化。