浇注温度对Al-5Zr中间合金初生Al_3Zr相影响机理研究

基于"固体与分子经验电子理论"(EET),计算了Al-5Zr中间合金熔体的价电子结构参数统计值,构建了高温与低温浇注时铝锆熔体中Al3Zr相的结晶过程模型,研究了浇注温度对Al-5Zr中间合金初生Al3Zr相形貌、尺寸及数量的影响。结果表明:随着浇注温度的升高,Al3Zr晶体的形貌由小块状逐渐长成长条状,平均尺寸增加,数量减少;当温度低于1000℃时,数量较多、A E?值较大的Al-Zr、Zr-Zr原子团簇不断聚集形核,最终形成大量小块状Al3Zr晶体;温度高于1000℃时,数量少、A E?值较大的Zr-Zr原子团簇聚集形核,从而形成数量较少的长条状Al3Zr晶体。建立的模型与实验结果符合较好。     

冷却速率对Al-5Zr中间合金凝固组织的影响

研究冷却速率对Al-5Zr中间合金中Al_3Zr相尺寸形貌的影响,并分析冷却速率对Al_3Zr相形核与长大速率的影响。结果表明:随冷却速率由耐火模的2.0℃/s提高到铜模的45.6℃/s,初生Al_3Zr相由粗大板条状转变成细小的片层状。当冷却速率分别为2.0、29.3和45.6℃/s时,试样中初生Al_3Zr相长轴平均长度分别为215、175和45μm,对应最大尺寸Al_3Zr相的长轴长大速率分别为5.4、53.2和38.4μm/s,试样中形核数量分别为23、54和309 mm~(-2)。     

Al-4Mg-0.15Ti-0.15Sc-0.15Zr合金的重熔组织和力学性能研究

制备了Al-4Mg-0.15Ti-0.15Sc-0.15Zr合金,并对该铝合金进行了4次重熔。利用SEM、EDS、XRD等技术研究了重熔对合金组织和力学性能的影响。结果表明:重熔前,Ti、Zr、Sc与Al反应形成了多层塔状的Al_3(Sc_(1-x-y)Ti_xZr_y)初生相,作为形核质点,细化了基体组织。随着重熔次数增加,晶粒尺寸增大,尺寸均匀性降低,该初生相晶粒细化效果逐渐减弱,合金力学性能降低。这归因于多次重熔后熔体内有效形核质点数量减少,塔状Al_3(Sc_(1-x-y)Ti_xZr_y)形核质点粗化,并变为碎块状。     

微量元素Sc和Zr对过共晶Al-5%Fe合金组织和性能的影响

二元过共晶Al-5%Fe合金中的初生Al3Fe相为粗大的针片状。微量元素Sc和Zr加入到过共晶Al-5%Fe合金中,合金的初生Al3Fe相形貌发生显著变化。其细化作用在Sc、Zr加入量分别为0.3%和0.1%时效果较好,合金的初生Al3Fe相转变为细小的针状、粒状和花朵状。合金的抗拉强度达到266.8 MPa,提高了119.8%。讨论了Sc、Zr联合添加对过共晶Al-5%Fe合金初生Al3Fe相的作用机理。     

Al—Li—Zr合金的分级时效

用透射电镜研究了Al—2.31Wt％Li—0.34Wt％Zr合金的分级时效过程。通过控制Li含量、固溶温度和时效温度,探寻β′(Al_3Zr)和强化相δ′(Al_3Li)最佳弥散分布条件。Li的添加,在673K一级时效的初期,能促进β′相的析出并抑制过时效进程;在473K二级时效后,由于δ′(Al_3Li)相与β′(Al_3Zr)相形成复合析出组织,屈服应力达到280兆帕。分级日于效是提高Al—Li—Zr合金强度和韧性的新途径。     

超声处理对Al-0.4Zr合金中生成的初生Al_3Zr金属间化合物的影响（英文）

通过在Al-0.4Zr合金凝固过程中外加超声场研究超声处理对Al_3Zr金属间化合物形成的影响。超声处理分别采用在凝固过程中的3个温度区间:830~790°C(高于液相线)、790~750°C(横跨液相线)和750~710°C(低于液相线)。超声处理后利用扫描电子显微镜对铸态合金中生成的Al_3Zr金属间化合物的尺寸和形貌进行分析观测。结果显示,超声处理后Al_3Zr金属间化合物的尺寸显著减小而且形貌也从流星镖状转变成细小片状。讨论Al_3Zr金属间化合物超声细化机理。结果表明,超声处理高于液相线时形成的细化效果主要是由于空化气泡激发氧化铝颗粒成为Al_3Zr金属间化合物形核质点从而提高形核率;超声处理低于液相线时形成的细化效果主要是由于空化气泡打断生长中的Al_3Zr金属间化合物。     

流变处理下ADC12铝合金初生相演变（英文）

采用差式扫描热量法、光学显微镜和扫描电镜研究机械滚筒流变处理下ADC12铝合金的初生相演变。半固态浆料分析表明:合金的固相率随着滚筒转速的提高从0.38增加到0.43,但圆整度从0.45降低到0.38。随着浇注温度从620°C降到580°C,合金固相率和初生相平均颗粒尺寸随着浇注温度的下降而增加,初生相形貌由近球形转变为玫瑰形。在流变压铸条件下,合金中初生相α(Al)颗粒形貌圆整、颗粒细小并分布均匀。在595和605°C之间进行流变压铸可以获得最佳的显微组织。晶粒控制生长理论是ADC12铝合金实现流变处理的理论依据,半固态浆料在压铸成型中服从Mullins-Sekerka准则。     

混合方式及过热温度对过共晶Al-Si合金中初生Si的影响

采用受控扩散凝固技术(CDS)制备过共晶Al-18Si、Al-20Si、Al-22Si合金,研究了不同混合方式及Al-25Si合金在不同过热温度下对受控扩散凝固目标合金初生Si相的尺寸、形貌和分布的影响.结果表明,液-液混合对初生Si的改善效果较液-固混合好;随着过热温度增大,初生Si相尺寸减小,形貌逐渐变得圆整且分布均匀;相同过热温度下,随着合金Si含量的增加,初生Si相尺寸增大,形貌变化不明显.特别是在过热温度为900℃的Al-25Si合金与660℃的液态纯Al液-液混合得到Al-18Si合金中的初生Si相尺寸仅为34.3 μm,长宽比为1.48.     

新型Al-5Ti-0.8C中间合金对Al-Cu-Mn合金组织形貌和高温力学性能的影响（英文）

采用自蔓延燃烧反应法制备了一种新型Al-5Ti-0.8C中间合金,在此基础上采用不同含量(0%,0.1%,0.3%,0.5%,质量分数,下同)的中间合金对Al-Cu-Mn合金进行变质处理,研究该中间合金及其含量对Al-Cu-Mn合金组织形貌和高温力学性能的影响。结果表明:新型Al-5Ti-0.8C中间合金能够显著细化Al-Cu-Mn合金的晶粒尺寸,提高合金热处理过程中θ′(Al_2Cu)相的析出密度,且细化析出相尺寸。其次,变质处理后合金的高温抗拉伸强度显著提高,且随着温度升高,抗拉伸强度的下降程度减小,主要原因在于变质处理后合金中析出均匀分布的细小θ′(Al_2Cu)相以及热稳定性高的Al_3(Ti, Zr)纳米颗粒。此外,当Al-5Ti-0.8C中间合金含量为0.3%时,Al-CuMn合金的组织形貌和高温力学性能最优。     

Al-Zr-Y合金的时效析出机制和性能

采用透射电镜、扫描电镜、三维原子探针等手段研究Al-Zr-Y合金的时效析出行为及Y含量对合金性能的影响规律。结果表明:Al-Zr-Y合金时效初期首先析出Al_3Y相,可能成为Al_3Zr时效析出的异质核心;长时间时效后,Y有向析出相和基体界面处偏聚的倾向,最终形成无核壳结构的Al_3(Zr,Y)复合析出相;在三元Al-Zr-Y合金中,由于Zr的存在,Y在α(Al)中的平衡固溶度大幅度下降,600℃下的平衡固溶度从0.13%(质量分数)降至0.03%。Y含量较高的Al-0.30Zr-0.08Y在凝固及冷却过程中,过饱和的Y转变为沿晶界分布的Al_3Y共晶和晶内一次析出微米级Al_3Y颗粒,使铝基体中的有效Y含量较Al-0.30Zr-0.03Y中的降低4倍。Al-0.30Zr-0.03Y合金在时效过程中表现出更高的形核密度、更小的析出相尺寸和更优的抗粗化能力,合金的抗再结晶温度达到500℃,比Al-0.3Zr和Al-0.30Zr-0.08Y合金的抗再结晶温度分别高出125和75℃。     

Zr对Al-Zn-Mg-Cu合金组织和性能的影响

研究了Zr对Al-Zn-Mg-Cu合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,添加少量Zr可以细化合金铸态组织,并且在热挤压过程中抑制再结晶。在固溶时效过程中,可以促进第二相粒子的析出,从而使基体中析出均匀弥散第二相粒子。T6状态下,未加Zr的合金其抗拉强度仅为600MPa,伸长率为10.5%;而加Zr后其抗拉强度超过650MPa,伸长率达到12.3%。     

Zr和Mn对Al-Ti-B中间合金的影响

验证了铝合金中微量Zr及Mn对Al-Ti-B中间合金细化效果的影响。发现Mn对Al-Ti-B中间合金的细化效果无中毒作用,而Zr在一定浓度范围内显著降低其细化效果;而且提高熔炼温度会加剧Zr对Al-Ti-B中间合金的中毒作用。研究还发现,微量Al-Ti-B及Al-Ti中间合金也会使Zr对铝的细化效果产生中毒作用。     

Zr对铸造MgZn5Nd3.5合金组织和性能的影响

制备了不同Zr含量的MgZn5Nd3．5ZrX合金，研究了Zr元素对合金晶粒大小及铸态力学性能的影响。显微组织观察表明，当w（Zr）≤0．8％时，合金晶粒度随Zr含量增加而减小；当w（Zr）〉0．8％时，合金晶粒度基本保持不变。力学性能测试表明，Zr元素的添加，使合金铸态下的抗拉强度和伸长率均得到了提高。拉伸断口SEM形貌分析表明，合金断裂方式由准解理断裂向韧性断裂发生转变。     

FORM AND EFFECT OF Zr IN CuCoBeZr ALLOY

Precipitation form of Zr in CuCoBeZr alloy during solidificotion.cooling and final aging,aswell as its effect on the high temperature properties have been studied and discussed.Resultsshow that during solidificotion and cooding.Zr precipitates as fine particle.Cu_3Zr,which pre-vents X-Cu grains from growing and provides more nuclei for CoBe and hence leads to finerprimary CoBe.Fine Cu_3Zr partrticles also precipitate during aging.Because Co_3Zr is difficult to coalesce at high temperatures,the recrystallization temper-uture increases and the high temperature mechanical properties improve.     

Zr对钢中夹杂物的变质作用及对热影响区组织和力学性能的影响

研究了含0.020wt%Zr和未加Zr两种低合金高强钢中夹杂物的特征.结果表明,钢中加入微量Zr对夹杂物具有明显的变质作用,夹杂物MnS依附在Zr、Ti、Al的复合氧化物上形核并生长.加入0.020wt%Zr对试验钢调质态的力学性能影响不明显,但可显著提高热影响区力学性能.热影响区中复合稳定的夹杂物促使针状铁素体的形成,减少了粗大铁素体的数量,从而提高了热影响区的力学性能.     

Cu互连中Ta-Si-N/Zr阻挡层热稳定性的研究

用射频反应磁控溅射的方法在Si(100)衬底和Cu膜间制备Ta-Si-N(10 nm)/Zr(20 nm)双层结构的扩散阻挡层.Cu/Ta-Si-N/Zr/Si样品在高纯氮气的保护下从600至800℃退火1 h.通过四探针电阻测试仪(FPP)、SEM、XRD和AES研究Cu/Ta-Si-N/Zr/Si系统在退火过程中的热稳定性.结果表明:沉积到Zr膜上的Ta-Si-N表面平坦,为典型的非晶态结构;Cu/Ta-Si-N/Zr/Si样品650℃以上退火后Zr原子扩散到Si中形成的ZrSi2能有效地降低Ta-Si-N与Si之间的接触电阻;Ta-Si-N/Zr阻挡层750℃退火后仍能有效地阻止Cu的扩散.     

Zr对Zn-11%Al-8%Cu合金组织及性能的影响

通过金相与电子显微分析和拉伸强度、硬度测试等方法,研究了元素Zr对Zn-11%Al-8%Cu-Mg合金微观组织和性能的影响。结果表明:Zr的加入能够细化合金组织,Zr元素多以Zr-Zn-Al化合物的形式存在,分布于初生相附近;Zr的存在能够提高合金的强度和硬度,在锆加入量为0.4%时合金的性能最好。     

B对含Zr铝合金微观组织的影响机理

对铝合金中B的加入对Zr在合金中的存在形态和相组成的影响以及B对合金中Zr的影响机理进行了分析.结果表明,B的加入使合金中的部分Zr由固溶态转变为析出态,以细小的板片状第二相粒子的形态存在于晶粒内部和晶界处,减少了晶格畸变,改善了Al基体的有序性,这会对合金导电性的改善产生有益影响.     

Zr对CuZnAl形状记忆合金马氏体稳定化的影响

研究了添加Zr元素后CuZnAl合金的形状记忆性能和微观组织,并分析了Zr对合金马氏体稳定化的影响.结果表明,CuZnAl三元合金的形状记忆性能随时效时间的延长而逐渐下降,发生了明显的马氏体稳定化现象;而CuZnAlZr四元合金的形状记忆性能却不随时间的延长而变化,说明Zr能明显地改善合金的马氏体稳定化现象;添加Zr后,CuZnAl合金的形状记忆性能虽然有所下降,但其晶粒明显细化,力学性能得到改善,因此CuZnAlZr合金具有好的工程应用前景.     

CuCoBeZr合金中Zr的存在形态和作用

本文分析研究了Zr在新研制的CuCoBeZr合金凝固、冷却和最终时效时的析出顺序,它的存在形态及对合金高温性能的作用。结果表明:凝固、冷却过程中,Zr首先呈Cu_3Zr微细颗粒析出,可阻碍α-Cu的晶粒长大,并成为CoBe的大量结晶核心,细化初生CoBe既起到变质作用,时效时也有Cu_3Zr微细颗粒析出。Cu_3Zr在较高使用温度下不易聚集长大,可提高合金的再结晶温度,从而大大改善合金的高温机械性能。