Cr、Yb合金化对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织和断裂特征的影响

研究复合添加微量Cr、Yb、Zr对Al-Zn-Mg-Cu合金的显微组织和断裂特征的影响,分析其对合金韧化的作用机制.结果表明:在Al-Zn-Mg-Cu合金中复合添加Cr、Yb、Zr形成了含Cr、Yb、Zr的球形弥散相,这些均匀分布于基体上的弥散相能强烈钉扎位错和亚晶界,使基体保持形变回复组织,保持小角度晶界,抑制基体再结晶;T6态断裂机制主要为韧窝型穿晶断裂,与仅添加Zr相比,沿晶断裂抗力显著提高;晶界的无沉淀区(PFZs)较宽,且析出相在晶界呈明显不连续分布.     

Cr、Mn、Zr、Ti微合金化对Al-Zn-Mg-Cu-Yb合金再结晶、第二相和断裂行为的影响（英文）

采用拉伸测试,结合TEM、SEM和EBSD等物相和微观结构表征,研究了单独添加Cr、Mn、Zr、Ti对Al-Zn-Mg-Cu-Yb合金中第二相(特别是AlCuYb相)析出、基体再结晶行为和拉伸沿晶断裂的影响。结果表明:在同时添加Yb和Cu的铝合金中,微米级、粗大AlCuYb相的析出难以避免。但有趣的是,进一步添加Mn的合金中,由于析出了亚微米的Al_(20)Cu_2Mn_3相,可有效减少粗大AlCuYb相,在4种合金中形成的粗大相的数量最少。Al-Zn-Mg-Cu-Yb合金中添加Zr可析出纳米级Al_3(Yb, Zr)弥散相,有效抑制结晶,但是AlCuYb相的形成消耗Yb元素,降低了二次共格Al3(Yb, Zr)弥散相的析出,此外粗大AlCuYb相颗粒诱发局部再结晶,一定程度降低了合金的强度。T6态AlZnMgCuYb-Zr和AlZnMgCuYb-Mn合金经固溶后仍保持未再结晶纤维状结构,小角度再结晶分数高达50%以上,平均晶粒尺寸降至2～7μm。相比之下,添加Cr或Ti的Al-Zn-Mg-Cu-Yb合金形成均匀再结晶晶粒,大角度再结晶分数高达80%,平均晶粒尺寸为40～96μm。断裂时,尺寸1～3μm的初生Al_2CuMg相(而非粗大AlCuYb相)优先诱发断裂,裂纹沿析出相连续、粗大且无沉淀析出相宽化的大角度再结晶晶界或原始晶界扩展。     

Cr、Mn、Zr、Ti微合金化对Al-Zn-Mg-Cu-Yb合金再结晶、第二相和断裂行为的影响

采用拉伸测试,结合XRD、TEM、SEM和EBSD等物相和微观结构表征,研究了单独添加Cr、Mn、Zr、Ti对Al-Zn-Mg-Cu-Yb合金第二相(特别是AlCuYb相)析出、基体再结晶行为和拉伸沿晶断裂的影响。研究结果表明：在同时添加Yb和Cu的铝合金中,微米级、粗大AlCuYb相的析出难以避免。但有趣的是,进一步添加Mn的合金中,由于析出了亚微米的Al₂₀Cu₂Mn₃相,可有效减少粗大AlCuYb相,在四种合金中形成的粗大相的数量最少。Al-Zn-Mg-Cu-Yb合金中添加Zr,可析出纳米级 Al₃(Yb, Zr)弥散相,有效抑制结晶,但是AlCuYb相的形成消耗Yb元素,降低了二次共格Al₃(Yb, Zr)弥散相的析出,此外粗大AlCuYb相颗粒诱发局部再结晶,一定程度降低了合金的强度。T6态 Al-Zn-Mg-Cu-Yb-Zr和Al-Zn-Mg-Cu-Yb-Mn合金经固溶后仍保持未再结晶纤维状结构,小角度再结晶分数高达50%以上,平均晶粒尺寸降至2~7 μm。相比之下,添加Cr或Ti的Al-Zn-Mg-Cu-Yb合金形成的均匀的再结晶晶粒,大角度再结晶分数高达80%,平均晶粒尺寸为40-96 μm。断裂时,尺寸1~3 μm的初生Al₂CuMg相(而非粗大AlCuYb相)优先诱发断裂,裂纹沿析出相连续、粗大且无沉淀析出相宽化的大角度再结晶晶界或原始晶界扩展。     

复合添加Zr、Cr和Pr对Al-Zn-Mg-Cu合金组织和性能的影响

采用铸锭冶金法制备Al-Zn-Mg-Cu-Zr、Al-Zn-Mg-Cu-Cr-Pr和Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Cr-Pr3种合金,通过金相显微、扫描电镜和透射电镜观察以及拉伸性能、极化曲线、应力腐蚀和剥落性能的测试,研究复合添加Zr、Cr和Pr对Al-Zn-Mg-Cu合金组织和性能的影响。结果表明:复合添加Zr、Cr和Pr可有效抑制Al-Zn-Mg-Cu合金回复过程中亚晶的合并和长大,显著抑制再结晶,提高合金抗应力腐蚀和抗剥落腐蚀的性能;与单独添加Zr的合金相比,复合添加Zr、Cr和Pr的合金断裂韧性KⅠC从23.3MPa·m1/2提高到29.3MPa·m1/2,合金应力腐蚀开裂界限应力强度因子KⅠSCC由10.9MPa·m1/2提高到24.5MPa·m1/2,合金的抗拉强度、屈服强度及伸长率都略有提高。     

Yb微合金化对Al-Zn-Mg-Cu合金显微组织和性能的影响

采用熔炼铸造结合热挤压变形等工艺制备了Al-Zn-Mg-Cu和Al-Zn-Mg-Cu-Yb两种合金。利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜对组织结构观察及差热分析仪、拉伸试验机和电化学工作站对性能检测,研究了稀土Yb微合金化对Al-Zn-Mg-Cu合金组织和性能的影响。结果表明：Yb的添加能够明显细化晶粒,显微硬度和抗拉强度分别由125.6 HV、562.9 MPa提高至154.9 HV、616.3 MPa,拉伸断裂形式也由沿晶和韧窝共存的混合型断裂转变为完全的韧窝型断裂。然而基体中Al8Cu4Yb粗大相的析出及晶界处η相的连续分布,对合金耐腐蚀性能不利。     

Zr、Nb复合变质剂对Fe-Ni膨胀合金凝固组织及力学性能的影响

研究了添加Zr、Nb复合变质剂对Fe-Ni膨胀合金线坯凝固组织和力学性能的影响.结果表明,单独添加0.3%的Zr或Nb,其线坯中等轴晶比例分别增加到25%和50%,其强度和塑性随等轴晶比例增加而提高.添加0.3%的Zr、Nb复合变质剂,线坯为完全的细小等轴晶,其强度和塑性均优于单独添加Zr或Nb的性能,与同规格的退火态Fe-Ni膨胀合金热轧盘圆力学性能相当.研究认为:Zr、Nb复合变质剂的作用是显著增加了合金凝固过程中的形核核心,并在晶界上形成Zr、Nb化合物析出相,从而强化晶界,提高韧性,使合金线坯具有较高的强度和良好的塑性.     

复合添加微量Sc，Zr对Al-Zn-Mg-Cu合金组织性能的影响

研究了微量Sc，Zr对Al-Zn-Mg-Cu合金组织性能的影响。结果表明：单独添加0．18％Zr，合金抗拉强度和延伸率明显低于单独添加0．18％Sc，但再结晶抑制效果优于单独添加0．18％Sc。复合添加Sc，Zr较单独添加Sc或Zr具有更好的晶粒细化作用，较强的固溶强化作用和再结晶抑制效果。在Zr含量一定的条件下，合金强度和延伸率随Sc添加量增加而提高。强度和延伸率增加与所析出的LI2结构的Al3Sc，Al3（Sc，Zr）粒子钉扎位错和亚结构，析出粒子数量增加、弥散度增大、分布均匀性提高、析出的η＇相所占的体积分数增加有关。当Sc，Zr复合添加量达到0．50％Sc＋0．18％Zr时，合金经固溶处理后发生部分再结晶，抗拉强度和延伸率大大降低。合金强度和延伸率降低与晶内、晶界大量析出粗大难熔的DO23结构的Al3（Sc，Zr）粒子有关。     

Zr、Nb复合变质剂对Fe—Ni彭胀合金凝固组织及力学性能的影响

研究了添加Zr、Nb复合变质剂对Fe-Ni膨胀合金线坯凝固组织和力学性能的影响。结果表明,单独添加0.3％的Zr或Nb．其线坯中等轴晶比例分别增加到25％和50％,其强度和塑性随等轴晶比例增加而提高。添加0.3％的Zr、Nb复合变质剂,线坯为完全的细小等轴晶,其强度和塑性均优于单独添加Zr或Nb的性能,与同规格的退火态Fe-Ni膨胀合金热轧盘圆力学性能相当。研究认为：Zr、Nb复合变质剂的作用是显著增加了合金凝固过程中的形核核心,并在晶界上形成Zr、Nb化合物析出相,从而强化晶界,提高韧性,使合金线坯具有较高的强度和良好的塑性。     

淬火温度对超高强Al-Zn-Mg-Cu合金组织和与性能的影响

强度接近800MPa的超高强Al-Zn-Mg-Cu合金在航空工业上拥有广阔的应用前景,对结构轻量化具有重要意义,但较差的耐蚀性能限制了该合金的应用。本文通过控制淬火用的水介质温度（简称淬火温度）,在超高强Al-Zn-Mg-Cu合金晶间形成淬火析出相来调控耐腐蚀性能。研究对比了经不同温度淬火后的峰时效态微观组织、拉伸力学性能、晶间腐蚀性能以及剥落腐蚀性能,发现：提高淬火温度有助于形成晶内与晶间淬火析出相,促进时效析出相断续分布,并提高了晶间析出相中Cu元素含量;当淬火温度升高至80℃,室温拉伸强度性能仅下降了1.4%,但晶间腐蚀深度降低了约50%,剥落腐蚀由ED级优化为PC-EA级,但继续增加淬火温度则降低耐蚀性能。分析认为,淬火温度在60-80℃之间时,晶界区域形成的淬火析出相提高了晶界电位,阻断了腐蚀扩展通道,同时由于晶内淬火析出相的数量较少,在不显著降低力学性能的前提下提高了耐腐蚀性能。     

复合添加微量铬、锰、钛、锆对Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能的影响

采用光学显微镜和透射电镜等分析手段研究了复合添加微量Cr、Mn、Ti、Zr对Al-Zn-Mg-Cu合金板材组织性能的影响.结果表明:复合添加微量Cr、Mn、Ti、Zr的Al-Zn-Mg-Cu合金具有最佳的再结晶抑制作用.添加0.04%Ti 0.18%Zr、0.20%Cr 0.20%Mn 0.04%Ti、0.04%Cr 0.05%Mn 0.04%Ti 0.18%Zr、0.20%Cr 0.20%Mn 0.03%Ti 0.17%Zr 4组微量元素,合金的抗拉强度和延伸率依次提高;强度依次增加与所析出的共格、半共格析出相种类增加、弥散度增大、粒径增粗、分布均匀性提高、所占的体积分数增加有关,合金延伸率增加与晶内形成的微区无析出区均匀变形有关.     

退火温度对(Fe50Mn30Co10Cr10)97Al3高熵合金再结晶行为及力学性能的影响

以双相亚稳Fe50Mn30Co10Cr10高熵合金为基体，通过添加Al元素，制备了(Fe50Mn30Co10Cr10)97Al3高熵合金。对其进行轧制及退火处理，研究了退火温度对合金再结晶行为、退火孪晶演变及力学性能的影响。结果显示，随着退火温度的升高，合金组织分别发生了部分再结晶、完全再结晶和晶粒长大现象。由于高熵合金具有严重的晶格畸变效应及迟滞扩散效应，使得合金在退火后表现出较高的再结晶温度（0.59 Tm）和抗晶粒粗化温度（700 ℃）。600～700 ℃退火态合金中形成大量退火孪晶，随着退火温度的进一步升高（800～900 ℃），由于晶界/孪晶界的迁移，退火孪晶界密度显著降低。拉伸试验结果表明，700 ℃退火态合金表现出良好的综合力学性能，抗拉强度为730 MPa，均匀延伸率为50.5%。同一退火温度下，单个晶粒中退火孪晶变体的数量与其晶粒尺寸有关，尺寸较小的晶粒中易形成单孪晶变体，尺寸较大的晶粒中易形成多孪晶变体。     

Ce和Zr复合添加对Al-Cu-Li合金拉伸性能的影响

通过组织分析和常温拉伸性能测试,研究了Ce、Zr复合添加对Al-4. 6Cu-0. 9Li合金组织与拉伸性能的影响。结果表明,微量Ce、Zr复合添加有利于阻止Al-Cu-Li合金再结晶以及较大幅度的细化合金晶粒组织(由70μm至20μm);微量Ce、Zr复合添加虽然不改变Al-Cu-Li合金的时效析出序列,但在提高合金整体强度的同时,进一步提高了合金的塑性。分析表明,合金强度的提高主要归因于微量Ce、Zr复合添加引入的Al_3Zr弥散强化作用,而细化的晶粒和残留相Al Cu Ce Zr粒子尺寸则促进了合金塑性的整体提高。     

Sc、Ti、Zr复合微合金化对纯铝组织和力学性能的影响

通过向工业纯铝中添加微量Sc、Zr、Ti元素,研究Sc、Zr、Ti微合金化对纯铝微观组织和力学性能的影响。结果表明:0.2%Sc和0.2%Ti复合添加时合金的组织完全转变成了细小等轴晶,合金强度和塑性同时得到提高。复合添加0.2%Sc、0.2%Zr和0.2%Ti时的细化效果最为显著,合金平均晶粒尺寸下降到62μm,力学性能比0.2%Sc和0.2%Ti复合添加时提高更多。     

添加Yb和Zr对Al7Si0.3Mg合金组织及力学性能的影响

研究了添加Yb和Zr元素对Al7Si0.3Mg合金组织及力学性能的影响,以及细化变质机理。结果表明,Yb、Zr元素的添加明显细化了α-Al基体,使其从粗大的树枝状晶转变为细小的花瓣状晶,晶粒尺寸明显减小,并且使共晶硅由粗大的针状变质为短棒状,这是由于Yb、Zr吸附在孪晶凹槽处（TPRE）改变共晶硅生长方式,最终改变共晶硅形貌;经热处理（T6）后,大量析出的Al₃(Yb, Zr)粒子起到了沉淀强化进而细化晶粒的作用。当Yb质量分数为0.3%、Zr质量分数为0.25%时,合金（T6）的抗拉强度和延伸率为296.3 MPa和9.2%,较未细化变质的合金分别提高了17%和1.1倍。     

La、Zr微合金化对Al-5Mg-0.2Ti合金微观组织和力学性能的影响

采用铸锭冶金法制备了含稀土La和Zr的Al-Mg-Ti合金,通过力学性能测试及金相显微镜、扫描电镜、能谱和X射线衍射仪,观察分析了La、Zr微合金化对Al-Mg-Ti合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,添加0.2%Zr能有效细化Al-Mg-Ti合金晶粒,说明Ti、Zr的细化作用是相容的,同时基体中析出的脆硬相Al_3Zr能显著提高合金硬度,但弱化了晶粒细化对合金强度和塑性的影响。0.2%La和0.2%Zr复合添加时的细化效果更为显著,合金的平均晶粒尺寸仅为55μm,同时La的添加有效避免了脆硬相Al_3Zr的析出和粗化,使合金的强度和塑性都得到了显著的提高,而硬度变化较小。     

含稀土铒元素Al-Zn-Mg-Cu合金微观组织及力学性能的研究

采用金相观察、扫描电镜与能谱分析、显微硬度和力学性能测试等方法,研究了不同含量稀土元素Er对Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能的影响。结果表明,在Al-Zn-Mg-Cu合金中添加Er元素后二次枝晶臂间距减小,枝晶网胞变薄。Er元素主要以Al8Cu4Er相形式存在于晶界,少量固溶于铝基体中。此外,Er元素能有效抑制Al-Zn-Mg-Cu合金发生再结晶,细化再结晶晶粒,提高合金时效强化效果。当Er含量超过0.3%时,脆性Al8Cu4Er相数量增多,导致合金力学性能变差。     

Ge含量对Zr-4合金在LiOH水溶液中耐腐蚀性能的影响

采用堆外高压釜腐蚀试验研究添加0.1%Ge和0.5%Ge(质量分数)对Zr-4合金在360℃、0.01 mol/L LiOH水溶液中耐腐蚀性能的影响,用TEM和EDS研究合金的显微组织和第二相成分。结果表明:与Zr-4合金相比,添加Ge后合金的耐腐蚀性能显著提高,但随着Ge添加量的增加,对耐腐蚀性能的提高作用减弱。当Ge含量为0.1%时,析出密排六方结构的Zr(Fe,Cr)2和Zr(Fe,Cr,Ge)2型第二相;当Ge含量达到0.5%时,还会析出Zr-Sn-Fe-Cr-Ge和尺寸较大的四方结构Zr3Ge型第二相,添加Ge会使α-Zr基体中固溶的Sn含量降低。固溶在α-Zr中的Ge和尺寸较小的Zr(Fe,Cr)2、Zr(Fe,Cr,Ge)2型第二相可以提高Zr-4+xGe合金的耐腐蚀性能;析出Zr-Sn-Fe-Cr-Ge和尺寸较大的Zr3Ge第二相后会对耐腐蚀性能产生不利的影响。     

淬火速率对AlZnMgCu(Zr)合金断裂行为的影响

通过室温力学性能测试,光学显微镜、扫描电镜和透射电镜研究了淬火速率对AlZnMgCu(Zr)合金断裂行为的影响.结果表明:含Zr小于0.1%合金随着淬火速率的降低,由穿晶破断和沿晶开裂的混合型断裂逐渐转变成沿晶断裂;其主要原因是淬火速率降低使晶界无沉淀析出带(PFZ)宽化.含Zr大于等于0.1%的合金随着淬火速率的降低由穿晶破断为主的断裂逐渐转变成沿晶开裂和穿晶剪切的混合型断裂;沿晶断裂的产生主要是由于晶界无沉淀析出带宽化;穿晶剪切主要是由于慢速淬火过程中晶粒内部析出了大量粗大的η平衡相.     

微量Zr、Er对Al-Zn-Mg合金组织与性能的影响

采用硬度、拉伸性能、电阻率和抗应力腐蚀性能测试及金相组织观察等方法,研究了微量Zr、Er对Al-4.4Zn-2.4Mg(质量分数,下同)合金组织与性能的影响.结果表明,单独添加Zr的细晶作用优于单独添加Er以及Er、Zr复合添加,Er、Zr复合添加能显著抑制合金的再结晶行为,Er、Zr复合添加后合金的力学性能和单独添加微量Zr的基本相当,但Er、Zr复合添加后合金抗应力腐蚀性能优于单独添加微量Er、Zr,Er、Zr复合添加的Al-Zn-Mg合金综合性能最好.Er、Zr复合添加提高应力腐蚀抗力是通过抑制再结晶获得纤维组织间接实现的.     

微量Zr和Si对体育器材用Al-Zn-Mg合金组织和耐蚀性的影响

采用光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、电化学试验、拉伸试验、双悬臂梁(DCB)试验等方法，研究了Zr、Si含量对体育器材用Al-Zn-Mg合金组织、拉伸性能和在3.5%NaCl溶液中耐蚀性的影响。结果表明：添加微量Zr、Si对合金组织和性能均产生明显影响，复合添加Zr、Si比单独添加Zr效果更好；在合金中添加0.15%Zr后，合金晶粒尺寸明显减小，但部分再结晶晶粒长大；在合金中复合添加0.15%Zr和0.08%Si后，合金晶粒尺寸进一步减小，且晶粒尺寸大小均一，呈等轴晶状；与未添加Zr、Si的合金相比，复合添加0.15%Zr和0.08%Si的合金的平均晶粒尺寸由177.8μm降低到6.8μm,抗拉强度和屈服强度由283.6 MPa和249.2 MPa提升至368.1 MPa和319.2 MPa,应力强度因子K_ISCC由3.2提升至10.9,合金的抗电化学腐蚀性能显著提高。