含钪7N01铝合金中Al3（Sc,Zr,Ti）相的析出及其作用机制

钪是铝合金中常见的添加元素,但关于钪在铝合金中的作用机制研究还不够深入。通过电阻炉熔炼方法制备了传统7N01铝合金与新型含钪7N01铝合金,经均匀化处理后将合金热挤压成板材并进行双级人工时效处理。采用电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)对比分析了传统7N01铝合金与新型含钪7N01铝合金的微观组织,对时效态热挤压板材力学性能进行了表征,并分析了合金强化的作用机制。结果表明:经470℃/24h均匀化处理后,传统7N01铝合金中析出了少量的纳米Al3(Zr,Ti)相,而含钪7N01铝合金中析出了大量纳米Al3(Sc,Zr,Ti)相。这种高密度、与基体保持共格的Al3(Sc,Zr,Ti)相对晶界迁移的钉扎效果显著,明显提升了再结晶形核的临界亚晶尺寸,抑制了热挤压过程中的动态再结晶,使含钪7N01铝合金几乎由完全的纤维结构组成。同时,含钪7N01铝合金的抗拉强度和屈服强度分别较传统7N01铝合金提高了10.7%和13.3%。计算结果表明,添加钪引起7N01铝合金的细晶强化和弥散强化效果分别为7和57MPa,强化效果主要来源于Al3(Sc,Zr,Ti)相的弥散强化。

激光熔化沉积Al-Mg-Sc-Zr合金晶粒尺寸预测及成形工艺优化

通过激光熔化沉积试验分析了工艺条件(送粉速度、扫描速度和激光功率)对Al-Mg-Sc-Zr合金晶粒尺寸的影响,构建了晶粒尺寸预测模型,优化了成形工艺参数,给出了工艺参数最佳区间。结果表明,相较于激光功率和扫描速度,送粉速度对晶粒尺寸的影响最为显著;随着成形能量密度的增加,合金晶粒尺寸呈现出先减小后增大的演变趋势;采用回归方程构建的晶粒尺寸-工艺参数关系模型能准确预测不同工艺条件下激光熔化沉积Al-Mg-Sc-Zr合金的平均晶粒尺寸,相对误差小于2%;通过响应面分析得到工艺参数最佳区间为:送粉速度2.8~3 g·min^(-1)、激光功率1000~1050 W、扫描速度4~5 mm·s^(-1)。

激光选区熔化Al-Mg-Sc-Zr合金各向组织与损伤容限性能

研究激光选区熔化(selective laser melting,SLM)技术成形Al-Mg-Sc-Zr合金材料不同取向的显微组织特征、拉伸和损伤容限性能。结果表明:YZ截面为细小的等轴晶和粗大的柱状晶组成的双峰组织,XY截面由细小的等轴晶组成;0°和90°方向屈服强度、抗拉强度均超过500 MPa,各向异性较小,但堆积层间存在的未熔合缺陷使得90°方向断裂伸长率明显低于0°方向;0°和90°CT试样K_(IC)分别为21.41 MPa·m^(1/2)和20.89 MPa·m^(1/2),在柱状晶区域裂纹扩展阻抗低,导致90°CT试样K_(IC)稍小;显微组织和缺陷是影响裂纹扩展性能各向异性的主要因素,在近门槛区未熔合缺陷起主导作用,当裂纹面平行于水平方向时裂纹扩展速率更快;在稳态扩展区显微组织的影响起主导作用,当裂纹面平行于水平方向时为穿晶断裂,裂纹扩展阻抗较高,裂纹扩展速率较低。

激光粉末床熔融成形高性能Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金的显微组织演变及力学性能

系统研究时效温度对激光粉末床熔融成形Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金显微组织及力学性能的影响。结果表明,成形态合金组织致密且无裂纹,平均晶粒尺寸为3.51μm,屈服强度为(547±3)MPa。经300℃时效后,合金组织中析出大量尺寸为2~3 nm且与基体共格的Al3Sc纳米颗粒。时效样品的屈服强度提升至(616±4)MPa,这得益于合金中的析出强化、固溶强化和晶界强化。当时效温度超过300℃时,部分Mn和Zr从固溶体中析出,形成Al6Mn和Al3(Sc,Zr)相。经500℃时效后,合金中Al6Mn相和Al3(Sc,Zr)相分别粗化至约600和30nm。此,合金的屈服强度下降至(372±3) MPa。

激光熔化沉积Al-Mg-Sc-Zr合金单熔道成形质量预测

本研究探讨了激光熔化沉积(LMD)工艺参数对Al-Mg-Sc-Zr合金单熔道成形质量的影响,并采用BP神经网络模型和改进的PSO-BP神经网络模型预测了不同工艺参数下的成形孔隙率。结果表明:Al-Mg-Sc-Zr合金的LMD单熔道成形孔隙率,随着激光线能量密度的增加呈现先上升后下降再上升的趋势,在175 J/mm^(2)时孔隙率达到最小值,仅为1.38%。在相同的送粉工艺参数下,LMD成形熔道宽度和熔道深度均与激光功率呈现出正相关性,而熔道高度和熔道深度均与扫描速率呈现出负相关性。相较于BP神经网络模型,改进的PSO-BP神经网络模型的平均绝对误差降低了29.69%,平均相对误差降低了19.42%,均方误差降低了19.02%,相关系数提升了63.44%。

锌镁比对Al-Zn-Mg-Cu-Er-Sc-Zr合金显微组织与耐腐蚀性能影响的研究

通过调整Al-Zn-Mg-Cu-Er-Sc-Zr合金中的Mg元素含量,研究了Zn/Mg比的变化对合金相演变以及腐蚀性能的影响规律。结果表明:Al_(8)Cu_(4)Er相、Al_(3)(Er,Sc)相与含Fe相存在明显的伴生关系,二者依附于含Fe相生长。Zn/Mg比的变化可显著改变三者间的交互形式,高的Zn/Mg比例有利于稀土相独立生长,且在比值为4.18的条件下,Al_(8)Cu_(4)Er相与含Fe相均得到了显著细化。细化的晶界第二相使腐蚀坑深度仅为82μm,而连续的伴生混合相、粗大稀土相等均会不同程度降低合金的耐蚀性能。

热处理时效时间对激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr合金拉伸性能的影响研究

目的研究热处理时效时间对激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr合金微观组织与拉伸性能的影响,揭示微观组织与力学性能的内在关联机制。方法采用控制单一变量的试验方法进行时效热处理,设定保温温度为325℃,冷却方式为空冷,在不同保温时间(2、4、6、8 h)下进行组织与性能共通性及差异性分析。结果经325℃时效热处理4 h后,在激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr高强铝合金中形成了Al_(3)Sc、Al_(3)(Sc,Zr)析出相,抗拉强度达到最大值486 MPa,相较于未热处理,提升了21.8%,随着保温时间的进一步延长,析出相的高温停留时间变长,组织形核长大,Al_(3)Sc、Al_(3)(Sc,Zr)强化相尺寸明显增大,最大尺寸可达0.6μm。结论随着时效时间的延长,沉积道次间重熔边界逐渐不明显,热处理有助于Al_(3)Sc、Al_(3)(Sc,Zr)析出相的形成,而保温时间过长则容易导致析出相尺寸粗大,合理的热处理保温时间可以改善激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr合金微观组织与力学性能。

Sc含量对Al9.0Zn2.5Mg2.2Cu0.2Zr合金铸态组织的影响

本文研究了Sc添加量对Al9.0Zn2.5Mg2.2Cu0.2Zr合金铸态组织的影响。结果表明,微量Sc与Zr协同可形成Al_(3)(Sc,Zr)第二相,在铸造过程中具有促进非均质形核、细化铸态晶粒的作用,并对合金共晶组织有明显的变质作用。但铸态合金中部分可达微米级初生Al_(3)(Sc,Zr)第二相对合金的加工性能和力学性能易产生不良影响。

热处理工艺对铸造Al-Mg-Si-Sc-Zr合金组织与性能的影响

采用显微维氏硬度计、拉伸试验机、扫描电镜和透射电镜研究了多级热处理工艺对铸造Al-Mg-Si-Sc-Zr合金组织与性能影响。结果表明:在固溶温度575℃下,随着时间的延长,在晶界上呈网状分布的长条状Mg_(2)Si转变为颗粒状的Mg_(2)Si;对于Al_(3)(Sc,Zr)相来说,最佳的高温时效制度为320℃×1 h,热处理后的基体中有大量的纳米尺寸的Al_3(Sc,Zr)相,可显著强化基体;对于时效析出相来说,随着低温时效温度的升高,时效析出相由GP区向β'相转变。经优化热处理后的铸造Al-Mg-Si-Sc-Zr合金的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别达到197.8 MPa、288.2 MPa、13.3%,对应的热处理工艺为:575℃×0.5 h+320℃×1 h+120℃×46 h。

Sc含量对含Zr的Al-0.36Mg-1.23Si合金板材组织和性能的影响

利用OM、TEM,拉伸试验机和杯突试验机研究了添加质量分数(下同)0.15%的Zr及同时添加不超过0.09%Sc的T4P态Al-0.36Mg-1.23Si合金板材显微组织、成形性和烤漆硬化性。结果表明:Al-0.36Mg-1.23Si、Al-0.36Mg-1.23Si-0.15Zr、Al-0.36Mg-1.23Si-0.15Zr-(0.03~0.09)Sc合金板材基体中弥散相粒子分别为(Al, Si)_(3)Ti相、(Al, Si)_(3)(Zr, Ti)相以及(Al, Si)_(3)(Zr, Sc, Ti)相。添加0.15%Zr将T4P态Al-0.36Mg-1.23Si合金板材的等轴状再结晶晶粒尺寸由53μm细化至23μm,再添加0.03%~0.09%Sc后,板材的再结晶晶粒略微细化至20μm左右。Sc含量增加,T4P态Al-0.36Mg-1.23Si-0.15Zr合金板材的屈服强度和抗拉强度均略有降低,断裂伸长率、n_(10~20)值、r_(10)值和杯突值I_(E)均无明显变化,板材再经2%的预拉伸和170℃30 min模拟烤漆处理后的烤漆硬化性逐渐降低。

Sc、Zr复合添加量对Al-6Mg-0.6Mn合金铸态组织的影响

采用冶金法制备了四种不同Sc、Zr添加量的Al-6Mg-0.6Mn合金铸锭,利用金相显微镜、SEM及EBSD等手段研究了Sc、Zr添加量对合金铸态组织的影响。结果表明:在Al-6Mg-0.6Mn合金中添加w(Sc)=0.15%和w(Zr)=0.10%的Sc、Zr即可消除铸态枝晶网,获得明显细化的铸态组织;熔铸中粗大的Al3(ScZr)粒子不能起到细化晶粒的作用,反而恶化合金组织,进而对力学性能产生不利影响,应该严格加以控制。

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。

双阶段均匀化对铸轧Al-Zn-Mg-Cu合金Al_(3)Zr析出的影响

研究了均匀化制度对双辊铸轧Al-Zn-Mg-Cu合金Al_(3)Zr相析出行为及再结晶的影响,以及Al_(3)Zr析出和再结晶程度对合金力学性能和耐晶间腐蚀性能的影响.结果表明,相比于传统的单阶段均匀化,双阶段均匀化的第一阶段为Al_(3)Zr的析出提供了更大的形核驱动力和更多的非均匀形核质点,促进了Al_(3)Zr的析出.此外,不同的升温速率对Al_(3)Zr的析出也有影响,缓慢的升温速率有利于细化Al_(3)Zr尺寸,增加Al_(3)Zr的数量密度和体积分数.固溶处理时,Al_(3)Zr相f/r值的变化导致了不同的再结晶抗力,因此在T6处理后双阶段均匀化的试样再结晶组织比例降低,大角度晶界数量减少.Al_(3)Zr相f/r值以及显微组织的变化对合金力学性能的影响较小,显著提高了合金的抗晶间腐蚀性能.

Al_3(Sc,Zr)粒子与剪切带对Al-Mg-Sc-Zr合金再结晶及断裂行为的影响

利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)研究大变形冷轧Al-6Mg-0.4Mn-0.25Sc-0.1Zr(质量分数,%)合金在不同稳定化退火过程中的组织演变及单轴拉伸断裂行为。结果表明:在大变形冷轧过程中,弥散分布的纳米级Al3(Sc,Zr)粒子阻碍位错运动和晶界迁移,位错密度显著增加。高密度的位错缠结诱发局部不均匀变形,形成大量剪切变形带。冷轧状态下,合金组织分布不均匀,剪切带区域位错密度较大,变形储能较高,在单轴拉应力状态下,合金沿着剪切带方向发生剪切断裂。在稳定化退火过程中,剪切变形带中优先发生形核与晶粒长大。随着稳定化退火温度的不断提高,亚晶发生合并长大,剪切变形组织逐渐消失,合金的断裂行为由剪切断裂转变为混合型韧性断裂。经过高温稳定化退火处理后,部分Al3(Sc,Zr)粒子发生粗化,析出相弥散强化作用减弱,少量粗大粒子转变为裂纹源,合金强度逐渐减弱。

7×××铝合金退火过程中二次Al_3(Sc,Zr)粒子的析出行为

采用透射电子显微镜,研究含钪Al-Zn-Mg-Cu-Zr系铸态合金在退火过程中二次Al3(Sc,Zr)粒子的析出形貌、尺寸及分布。结果表明:含0.20%Sc的7系铝合金铸态试样在450℃退火2h后,α(Al)基体内析出呈豆瓣状的二次Al3(Sc,Zr)粒子;在450℃退火32h后,Al3(Sc,Zr)粒子尺寸为16～23nm;在450℃退火32h后的二次Al3(Sc,Zr)相与α(Al)基体完全共格。

Al-9.0Zn-2.5Mg-2.5Cu-0.15Zr-0.2Sc合金中Al_3(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L12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。

选区激光熔化成形Al-Ce-Sc-Zr合金的工艺优化与组织性能

以气雾化Al-10Ce-0.4Sc-0.2Zr(质量分数)预合金粉末为原料,采用选区激光熔化(selective laser melting,SLM)法制备Al-Ce-Sc-Zr合金。通过光学显微镜和室温拉伸实验等研究激光功率和扫描速度对合金致密度与力学性能的影响,优化工艺参数;并采用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜等研究最佳工艺参数下SLM成形的合金共晶组织形貌、物相组成和晶粒尺寸等。结果表明,激光功率和扫描速度跟合金致密度和力学性能之间呈非线性关系;随激光能量密度升高,合金致密度和力学性能先上升后下降。在激光功率为350 W、扫描速度为2000 mm/s的最优参数下成形的Al-Ce-Sc-Zr合金,致密度达到99.92%,抗拉强度和屈服强度分别为(441±3)MPa和(370±18)MPa,伸长率为(9.4±0.9)%。SLM成形Al-Ce-Sc-Zr合金具有柱状晶和等轴晶交替分布的晶粒组织,晶粒取向较随机,不存在明显的织构。合金由α-Al和Al_(11)Ce_(3)相组成,Sc、Zr原子主要以固溶的形式存在于α-Al中,共晶Al_(11)Ce_(3)相为不规则的条带状,平均宽度为35 nm,排列成不连续的复杂网络,共晶组织十分精细,且分布均匀。

稳定化退火温度对Al-6Mg-0.3Mn-0.13Sc-0.13Zr合金板材组织和性能的影响

试验研究了不同稳定化退火温度对Al-6Mg-O.3Mn-0.13Sc-0.13Zr合金冷轧板材组织和性能的影响。试验研究结果表明:随稳定化退火温度的升高,板材强度下降而塑性升高,腐蚀抗力则先升而后降;合金板材经350T稳定化退火lh可达到强度、塑性和耐蚀性的最佳配合。

晶界角度对Al-Mg-Sc-Zr合金板材各向异性行为的影响

通过多向锻造和退火处理对Al-Mg-Sc-Zr合金进行晶界优化,对比研究混合晶界结构对合金板材力学性能各向异性行为的影响。结果表明:均匀化状态合金以高角度晶界为主,经过轧制变形后形成较多轧制剪切带和高强度的Brass,Copper和S织构,轧制板材力学性能各向异性行为较为明显,屈服强度IPA_(YS)和抗拉强度IPA_(UTS)指数分别为6.68%和5.85%;合金经过多向锻造和退火处理后,基体为高/低角度晶界结构并存的混晶组织,经过轧制变形后剪切带密度和织构强度明显降低,合金轧制板材性能各向异性行为得到明显改善。

Al-4Mg-Sc-Zr四元系富Al角430℃相关系

通过显微组织观察、X射线衍射分析和电子探针分析测定Al-4Mg-Sc-Zr四元系富Al角430℃等温截面的相关系。结果表明:在扩大的Al-4Mg-Sc-Zr四元430℃等温截面图中存在一个单相区、两个双相区和一个三相区。具有L12型结构的Al3Sc1-0.5Zr0-0.5相和具有DO23型结构的Al3Zr1-0.8Sc0-0.2相与α(Al)固溶体在平衡状态下共存,其中Zr在Al3Sc中的最大溶解度可达12.5%(原子分数),在Al3Zr中最多可溶解5.0%(原子分数)的Sc。