Zr/(Sc+Zr)微合金化对Al-Mg合金在热压缩变形中动态再结晶、位错密度和热加工性能的影响

采用热压缩试验和电子显微分析方法研究Al-6.00Mg、Al-6.00Mg-0.10Zr和Al-6.00Mg-0.25Sc-0.10Zr (质量分数,%)合金的变形行为和显微组织特征。结果表明,在最大加工效率条件(673 K,0.01 s^(-1))下变形时,Al-6.00Mg、Al-6.00Mg-0.10Zr和Al-6.00Mg-0.25Sc-0.10Zr合金的位错密度分别为2.68×10^(16)、8.93×10^(16)和6.1×10^(17)m^(-2);其动态再结晶分数分别为19.8%、15.0%和12.7%。中心点平均取向差(KAM)分析表明,通过添加Zr或Sc+Zr,Al-Mg合金晶界附近的位错密度增加。此外,基于动态材料模型(DMM)建立的热加工图表明,添加Zr或Sc+Zr能减小Al-Mg合金的低温不稳定域的范围,但会增大高温和高应变不稳定域的范围。实验结果进一步证明,在变形条件下,仅Al-6.00Mg-0.25Sc-0.10Zr合金在773 K和1 s^(-1)时开裂。

碳纳米管增韧Al-Mg合金复合材料的制备与性能研究

选择碳纳米管为增强相,通过搅拌铸造法制备了碳纳米管增韧Al-Mg合金复合材料,研究了碳纳米管的添加量对复合材料力学性能、微观组织以及韧性的影响,并探究了碳纳米管对Al-Mg合金的增韧机理。结果表明,掺入适量的碳纳米管后细化了Al-Mg合金复合材料的晶粒,晶粒尺寸约为80μm,当碳纳米管的添加量为0.8%(质量分数)时,复合材料的断口形貌最均匀。随着碳纳米管添加量的增大,复合材料的抗拉强度、断裂伸长率、硬度均表现出先增大后降低的趋势,当碳纳米管的添加量为0.8%(质量分数)时,抗拉强度、断裂伸长率和硬度均达到了最大值,分别为208.6 MPa、15.8%和53.1 HB。适量碳纳米管的添加显著改善了Al-Mg合金的韧性,使断裂延伸率逐渐增大,屈服阶段延长,韧性得到提高,这是因为适量的碳纳米管添加后能够与合金发生较好的结合,并贯穿于合金的裂纹中,发挥出了桥联作用,阻碍了裂纹的萌生和扩展,从而改善了Al-Mg合金复合材料的韧性,延缓了合金的失效过程,延长了合金的屈服阶段。综上分析可知,碳纳米管的最佳添加量为0.8%(质量分数)。

Al-Mg系合金中合金化元素作用及其对力学性能的影响

铝镁合金是轻量化材料应用领域中一种重要的金属材料,属于中高强度铝合金,具有较高的塑性、良好的耐蚀性以及优良的焊接性等优势,目前在航空航天、交通运输和军工制造等领域具有广阔的应用前景。笔者综述了铝镁合金力学性能特点以及用途,介绍了Al-Mg系合金中的强化机制,重点阐述了Al-Mg系合金中主合金化元素Mg及其含量对合金微观组织和力学性能的影响规律及机理,详细论述了Mn、Zr、Ti、Sc、Er、Y等微合金化元素的作用以及对Al-Mg系合金微观组织和力学性能的影响规律。最后,结合Al-Mg系合金当前研究现状,提出了今后值得研究的方向。

Sc对铸造Al-Li合金组织及力学性能的影响

铸造Al-Li合金可用于成型复杂薄壁构件,在航空航天、国防军工等领域具有广阔的应用前景。细化铸造Al-Li合金组织,提高合金强塑性对其实际应用具有重要意义。本文通过金属型铸造制备不同Sc含量的Al-2Li-2Cu-0.5Mg-xSc合金,分析了Sc含量对合金组织及力学性能的影响规律。结果表明,随着Sc含量逐渐增加,合金晶粒由树枝晶向近等轴晶转变,晶粒尺寸逐渐减小。δ'(Al_(3)Li)相倾向于以Al_(3)Sc相为形核核心,形成Al_(3)(Li, Sc)复合粒子,这些粒子在变形过程中不易被位错切过,减少了Al_(3)Li粒子引起的共面滑移。当添加0.3%Sc(质量分数)时,合金具有较好的综合力学性能,经过175℃/32 h的峰值时效处理后,屈服强度、抗拉强度和伸长率分别可以达到381.3 MPa、449.5 MPa和5.8%。

不同Mo含量对Al-Mg合金轧板微观组织和短时高温力学性能的影响

基于高强度耐火Al-Mg合金开发需求,设计并制备了6种Mo含量(质量分数)的Al-Mg合金,经变形热处理获得H3xx态轧板,结合光学显微镜、X射线衍射仪、拉伸试验机、带有能谱仪(EDS)的蔡司扫描电镜(SEM)等表征设备对各合金轧板微观组织和短时高温力学性能进行检测分析,揭示了微量Mo对Al-Mg合金的强韧化机理。结果表明:Mo合金化H3xx态Al-Mg合金具有较高的力学性能,这主要归功于与铝基体呈半共格关系的Al12Mo弥散相起到的弥散强化效果和抑制再结晶作用,但过量的Mo易使Al-Mg合金形成较高Mg固溶度的难熔Al12Mo结晶相,不利于合金性能提升。Al12Mo弥散相具有一定的高温稳定性,高温状态下显著阻碍再结晶晶粒长大,进而提高Al-Mg合金高温性能。Mo含量为0.08%时的高温性能最佳,高温强度最大提升22.5%。随着Mo含量的增加,Al-Mg合金常温力学性能和短时高温力学性能都有所提高。

轧制变形量对AlFeSi0.2Sc0.2Zr合金组织与性能的影响

在室温下对采用熔炼浇铸法制备的AlFeSi0.2Sc0.2Zr合金进行轧制,研究了轧制变形量(45%,55%,65%,75%,85%,90%)对其微观结构、拉伸性能及导热性能的影响。结果表明:轧制前后AlFeSi0.2Sc0.2Zr合金均主要由基体铝相、α-AlFeSi、AlZr_(2)和AlZr_(3)组成;铸态合金中存在大量缩孔缺陷,同时沿晶界分布着大量呈鱼骨状或短棒状α-AlFeSi初生相,在轧制过程中,随着轧制变形量的增加,合金中的缩孔闭合,晶粒细化,初生相枝晶破碎且分布变得均匀,合金的抗拉强度和热导率同步增大,塑性降低。当轧制变形量为90%时,合金的断后伸长率为7.4%,断裂方式仍为韧性断裂。

Al-Mg-Sc-Zr合金搅拌摩擦焊板材的显微组织演变及力学性能

对Al-Mg-Sc-Zr合金轧制板材进行搅拌摩擦焊,焊针转速为500 r/min,行进速度为100 mm/min。采用OM、EBSD和TEM对搅拌摩擦焊后的合金板材组织进行表征,并测试显微硬度和拉伸强度。结果表明,搅拌摩擦焊后,旋转焊针附近区域的纤维晶粒发生弯曲;轧制板材的织构逐渐减轻。在焊核区,细小的等轴晶尺寸仅为2.31μm。Al_3(Sc,Zr)粒子受到FSW的影响。搅拌摩擦焊后的粒子分布和粒子大小与原始板材不同。此外,Al_3(Sc,Zr)粒子的形状由球形变为多边形,许多粒子与Al基体变得不共格。搅拌摩擦焊板材的抗拉强度为367 MPa,屈服强度为263 MPa,原板材的强度分别为414 MPa和311 MPa。

Al-Mg-Sc合金中热力学平衡相的计算

综合利用Miedema模型计算和MTDATA热力学计算软件与相应的Al基合金数据库,计算出含微量稀土元素Sc的Al-Mg合金可能析出的热力学平衡相,讨论组成对热力学平衡相的影响,分析各相的析出规律,重点分析Al3Sc相作为平衡相的变化规律。结果表明:微量稀土元素Sc在Al-Mg合金中仅以Al3Sc相的形式存在,采用Miedema模型计算出的Al3Sc的生成热为-35.11 kJ/mol,MTDATA分析证明Al3Sc相具有很好的热力学稳定性,理论上在温度高达900 K左右时才开始出现熔化且非常缓慢,可通过调节加入的稀土Sc的含量来控制主要强化相Al3Sc在铝镁合金中的含量。

复合添加Sc、Zr、Ti对Al-Mg合金组织与性能的影响

采用布氏硬度计、金相显微镜、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)研究了微量Sc、Zr、Ti以及Mg含量对Al-Mg合金的显微组织与布氏硬度的影响。结果表明,单独添加Sc、Zr元素的合金与未添加的Al-Mg合金的铸态组织相比,合金的晶粒组织得到了一定的细化,复合添加Sc、Zr、Ti3种元素的合金铸态组织的晶粒细化程度更为明显。同时在Sc、Zr、Ti相同含量下,Mg元素的增加也能进一步细化合金的晶粒组织,这是由于Mg元素固溶强化的结果,使得合金的布氏硬度提高。对Al-10Mg-Sc-Zr-Ti合金进行均匀化退火处理后,合金的硬度较铸态组织提高了10%,这是Al3(Sc1-xZrx)、Al3(Sc1-xTix)及Al3(Sc1-x-yZrxTiy)大量沉淀相二次析出,弥散度增大、分布更加均匀的结果。

变形Al-Mg-Sc-Zr合金退火组织的TEM观察

采用真空感应熔炼制备Al-6Mg-0.4Mn-0.2Sc-0.1Zr-0.1Cr(质量分数,%)合金,研究了冷变形态合金分别在350,400,450和500℃退火1h后傲观组织和力学性能的变化. TEM观察表明.冷变形态的合金组织为交错缠结的位错胞经过350℃退火后位错在晶界规律排列,密度大大降低,发生回复,晶粒保持在500 nm以下.在400-500℃的退火过程中再结晶过程缓慢进行,由于Al3(Sc,Zr)相的Zener拖曳作用,合金的再结晶温度区间宽化.力学性能在350℃退火时发生明显变化,随退火温度的进一步升高变化不明显.

微量Sc在Al-Mg合金中的作用

研究了微量 Ｓｃ对 Ａｌ－Ｍｇ合金显微组织与拉伸性能的影响．结果表明，微量Ｓｃ在 Ａｌ－Ｍｇ合金中主要以初生 Ａｌ３Ｓｃ和次生 Ａｌ３Ｓｃ两种形式存在．初生 Ａｌ３Ｓｃ是合金在凝固过程中形成的，可成为有效的非均质晶核，大大细化合金的铸态晶粒．次生 Ａｌ３Ｓｃ是合金铸锭在工艺加热过程中析出的，有效地钉扎位错和亚晶界， 稳定亚结构并强烈抑制合金的再结晶，具有亚结构强化和直接析出强化作用．因此，加入 Ｓｃ后的 Ａｌ－Ｍｇ合金的强度大大提高，并且表现出良好的强塑性配合．

Er对Al-Mg-Mn-Zn-Sc-Zr-(Ti)填充合金凝固组织与力学性能的影响

通过OM,SEM和XRD等分析方法与拉伸实验研究了Sc,Zr,Er和Ti复合微合金化焊丝合金的凝固组织及铸态力学性能,在实现合金组织有效细化的基础上,重点研究了Er及Er与Ti共存对合金晶界组织及合金力学性能的影响.结果表明,对于Sc和Zr复合细化的Al-Mg焊丝合金,Er元素的存在加强了合金的细品强化效应,合金的强度与塑性均得到提高,并在合金晶界处富集不连续分布的Al_3Er共晶相;当Er和Ti共存于合金中时,5-10μm的方块状(Al,Mg)_(20)Ti_2Er金属间化合物相存在于晶界,该相的生成会使合金的强度进一步提高,但塑性有所降低;(Al,Mg)_(20)Ti_2Er相和Al_3Er相共存时,两相对晶界连续性的破坏会完全抵消Er的细化效应对合金塑性的提高,合金拉伸断口由混合型断裂(穿晶断裂和沿晶断裂)转变为沿晶断裂。

Al-Mg-Sc合金的组织和性能

针对飞机战伤抢修和日常维修工作发展的要求,自行研制了具有高的综合力学性能的Al-5Mg-0·3Sc板材,利用金相显微镜、扫描电镜等分析手段研究了Sc对Al-Mg合金组织、性能的影响规律。试验研究表明:添加质量分数为0·3%的Sc的Al-Mg合金铸态组织得到显著细化,枝晶组织在相当程度上得到消除;Al-5Mg-0·3Sc的力学性能和2A12(LY12)的力学性能相当,而Al-5Mg-0·3Sc比2A12有较高的抗海水腐蚀能力;Al-5Mg-0·3Sc板材可以替代2A12板材作为飞机损伤铝合金结构板材的修复材料。

微量Sc和Zr对Al-Mg合金晶粒细化作用的电子结构分析

运用固体经验电子理论(EET),对掺微量Sc和Zr的Al-Mg合金的价电子结构进行计算。结果表明:Zr、Sc与Al原子存在强烈的相互作用,形成Al-Zr、Al-Sc、Al-Zr-Sc偏聚区。Al-Zr-Sc原子的强烈偏聚易形成Al3(ZrxSc1-x)复合相粒子,对基体晶粒起到强烈的晶粒细化作用。

微量Sc和Mn对Al-Mg合金组织与性能的影响

通过显微组织观察和室温拉伸试验，研究了微量Sc和Mn对Al-5Mg合金显微组织和拉伸性能的影响。结果表明：在Al-5Mg合金中添加微量Sc、Mn消除了合金铸态枝晶组织，强烈抑制合金退火过程中的再结晶，明显提高了合金的强度，其退火态合金的抗拉强度和屈服强度分别提高了19～67MPa和25～64MPa；复合添加微量Mn和Sc比单独添加Mn或Sc的强化作用和抑制再结晶效果更显著；合金强化机制为亚结构强化和Mn、Sc与铝的金属间化合物弥散质点的析出强化。

微量Sc、Zr对Al-Mg合金的组织和力学性能的影响

利用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜研究了添加微量 Sc、Zr的 Al- Mg合金不同处理态的显微组织与力学性能。结果表明 :微量 Sc、Zr对 Al- Mg合金的铸态组织有强烈的细化晶粒作用 ;对力学性能具有明显强化 ,其强化机制为细晶强化、亚结构强化和弥散相质点的直接强化作用。

Sc和Zr复合微合金化在Al-Mg合金中的存在形式与作用

研究了微量Sc和Zr复合合金化对Al Mg合金显微组织与拉伸性能的影响。结果表明 :Sc和Zr复合微合金化可显著提高Al Mg合金的强度。Al Mg Sc Zr合金凝固过程中形成的初生Al3 (Sc ,Zr)复合粒子具有极强的晶粒细化作用 ,次生Al3 (Sc,Zr)质点与Al Mg Sc合金中次生Al3 Sc质点相比析出密度大大增加、分布更加均匀弥散、抑制再结晶的能力更为强烈。Sc和Zr复合微合金化大大促进了微量Sc在Al Mg合金中的强化作用。由于Zr的价格比Sc便宜很多 ,采用Sc和Zr复合微合金化可减少铝合金中Sc的加入量 ,从而降低合金的成本。

微量Sc和Zr对Al-Mg-Mn合金组织与力学性能的影响

采用活性熔剂保护熔炼、水冷铜模激冷铸造制备Al-5.8Mg-0.4Mn和Al-5.8Mg-0.4Mn-0.25Sc-0.1Zr(质量分数,%)两种合金铸锭。合金铸锭经热轧中间退火冷轧成2 mm薄板;研究稳定化退火及微量Sc和Zr对Al-Mg-Mn合金组织与性能的影响。结果表明:在Al-Mg-Mn合金中加入微量Sc和Zr后形成大量弥散的Al3(Sc,Zr)粒子,这些粒子对位错和亚晶界具有强烈的钉扎作用,能明显提高合金的抗再结晶能力和室温力学性能;Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金板材经300℃退火1 h后可获得最佳综合力学性能,其σb、σ0.2与δ分别为436 MPa、327 MPa和16.7%。

少量Sc对Al-Mg-Cu-Li-Zr合金组织与性能的影响

通过显微硬度测试、拉伸试验、SEM、TEM及能谱等方法研究了添加少量Sc对Al-4.0Mg-1.5Cu-1.0Li-0.12Zr合金微观组织与性能的影响。结果表明,Sc的加入能显著提高合金硬度、强度和塑性;促进时效初期δ′(Al3Li)相的均匀析出,形成尺寸细小的δ′相和尺寸较大的Al3Li/Al3(Sc,Zr)复合相,并延缓了δ′相的长大;Sc的添加还促进过时效阶段S′相的弥散析出,延缓软化进程。Z相的形成与时效温度密切相关,而与Ag的添加并无直接关系。

Sc微合金化对Al-Mg-Si-Cu合金组织性能的影响

采用铸锭冶金法制备了Al-0.9Mg-0.6Si-0.7Cu-xSc合金,利用光学显微镜、扫描电镜和拉伸试验机研究了Sc元素对Al-0.9Mg-0.6Si-0.7Cu合金微观组织、力学性能和断口形貌的影响。结果表明,添加微量Sc形成的AlMgSiCuSc析出相可作为异质形核核心,显著细化铸态组织;在Al-Mg-Si-Cu合金中添加0.3wt%Sc,能强烈钉扎位错和亚晶界,有效阻碍固溶处理过程中的再结晶,从而提高合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率;且Al-0.90Mg-0.59Si-0.70Cu-0.3Sc合金断口的韧窝数量较多、分布均匀,断口形貌为典型的韧性断裂。