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。

Al-Cu-Mn-Fe-Ag-Zr合金的微观组织与室温和高温性能研究

Al-Cu合金具有低密度、耐热性好和潜在的高温稳定性等优点,广泛应用于汽车和航空航天等领域。为提高Al-Cu基铸造合金的耐热性能,本文制备了质量分数为Al-4%Cu-0.5%Mn-0.1%Fe-0.4%Ag-0.3%Zr(简称AC)的合金。采用OM和SEM分析了合金的微观形貌及化学成分,采用XRD分析了合金的物相结构,采用EBSD研究了晶粒形态与尺寸分布,采用TEM分析了合金在时效处理后的微观组织和析出相形态,采用高低温拉伸试验机进行了室温和高温力学性能测试。结果表明,AC合金在铸造过程中形成的金属间化合物主要包括Al_2Cu和Al_7Cu_2Fe,其中,Al_2Cu相在固溶处理后溶入基体中,并在时效处理后重新沉淀为θ′相,成为主要的强化相。此外,经T6热处理后,合金中还包含着T_(Mn)(Al_(20)Cu_2Mn_3)相,Ag元素固溶于铝基体中,而Zr元素则使得合金析出L1_2-Al_3Zr纳米相,其与θ′相存在位向关系。测试了合金在室温和高温(200、300和400℃)下的拉伸性能,对应屈服强度可分别达236、155、129和61 MPa。

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。

Sc元素添加对双辊铸轧Al−Cu−Li−Mg−Zr基合金热处理的影响

提出制备含Sc的Al−Cu−Li−Mg−Zr基合金带材的工艺方案。即先采用双辊铸轧技术制备近净形状的3 mm厚带材,再对其进行均匀化/固溶处理。研究两种Al−Cu−Li−Mg−Zr基双辊铸轧合金,其中一种添加质量分数为0.17%的Sc,另一种未添加Sc。两种合金均先在300℃下退火30 min,然后在450℃下退火30 min以及530℃下退火30 min,随后进行室温水淬。前两段退火后组织中生成了细小、弥散的Al_(3)Zr/Al_(3)(Sc,Zr)颗粒。最后的退火步骤起到了均匀化/固溶处理的作用。双辊铸轧材料的细小晶粒结构使含有主要合金元素的原始颗粒在较短的退火时间内溶解。缩短保温时间可以限制表面层中Li的耗尽和Al_(3)Zr/Al_(3)(Sc,Zr)弥散相的明显粗化。铸态含Sc材料已经具有明显细小的晶粒结构,而经均匀化/固溶处理后生成的Al_(3)(Sc,Zr)弥散相抑制了晶粒在高温下发生粗化。在后续180℃下时效处理后,形成了θʹ(Al_(2)Cu)、T1(Al_(2)CuLi)和S'(Al_(2)CuMg)强化相。在峰值时效状态下,屈服强度提高了200 MPa,这一数值与类似直接冷却铸造材料的相当,从而证实了所提方案的合理性。

Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的热变形行为研究

以7000系Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金为研究材料,在Gleeble1500热模拟试验机上进行变形温度250~400℃,应变速率0.01~10 s^(-1)条件下的等温压缩试验。研究结果表明:合金在等温压缩过程中的流变应力随着应变速率的增大而增大,随着变形温度的增大而减小。当应变速率为10 s^(-1),变形温度为250℃时,合金的峰值应力可达205 MPa。大部分的真应力-应变曲线呈现动态再结晶特征,结合TEM分析,动态再结晶的形成机制是位错通过滑移和攀移逐渐演变成小角度晶界(2°~15°)和大角度晶界(>15°),依靠位错重排在原始晶粒内部形成亚结构,最终形成完整晶界。同时,采用Arrhenius模型和Zener-Hollomon参数方程,构建了Al-Zn-MgCu-Zr合金的本构方程,其中合金的平均变形激活能为324 187 J/mol。此外,通过Prasad失稳判据等模型,构建了0.2、0.4以及0.6应变下的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的热加工图,获得可加工窗口为:252~400℃,0.01~0.015 s^(-1)。

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.

Zr对铸造Al-Si-Cu-Mg合金时效硬化行为的影响

利用硬度测试、拉伸测试、DSC、TEM等手段研究了不同Zr含量对铸造Al-Si-Cu-Mg合金的强化相时效析出的影响。结果表明:Zr在不同时效期间的作用不同,前期推迟GP1区的形成,峰值时效期间促进富Cu相的析出,时效后期抑制富Cu相向平衡相转变;Zr的加入提高了合金的力学性能。

均匀化退火工艺对Al-Zn-Mg-Cu-Zr高强合金第二相的影响

研究了不同工艺均匀化退火过程中Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中组织、低熔点结晶相和弥散相的演变规律。结果表明:铸态Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金中主要结晶相为AlMgZnCu四元相,均匀化退火后该相部分消除。均匀化退火过程中,随着温度的提高及时间的延长,合金中的非平衡结晶相逐渐溶解,未溶结晶相的体积分数降低。弥散相Al3Zr的尺寸及分布取决于均匀化退火过程中的升温速度,在缓慢升温条件下,弥散相Al3Zr的尺寸细小,分布比较弥散,密度高,合金的电导率最低;随着升温速度提高,Al3Zr相的析出数量减少,尺寸增加,析出相的密度降低,合金的电导率升高。二段均匀化退火后,弥散相Al3Zr的尺寸更加细小,密度更高,平均直径为15 nm,密度为1.27×10^(15)/cm^(3)。

旋转磁场对Al-Cu-Mn-Zr-V合金组织和性能的影响

以Al-Cu-Mn-Zr-V合金为研究对象,在合金凝固过程中进行旋转磁场处理,研究不同强度的磁场电流对Al-Cu-Mn-Zr-V合金凝固组织和力学性能的影响。试验结果表明:随着磁场电流的增加,合金的凝固组织呈现先细化后粗化的趋势,力学性能呈现先增大后减小的趋势,但均优于未处理的合金。旋转磁场处理后的合金晶界处的第二相分布更加密集,综合性能显著提升。当磁场电流为160 A时,Al-Cu-Mn-Zr-V合金凝固组织和力学性能的改善效果最为显著,其平均晶粒尺寸为90.5μm,抗拉强度和伸长率达到峰值,分别为243.16 MPa和11%。

Al−Cu−Li−Mg合金纳米相之间溶质配分行为的第一性原理研究

采用一性原理计算考察25种合金化元素在大多数商业牌号Al−Cu−Li−Mg合金中主要纳米相(δʹ-Al3Li、θʹ-Al2Cu、T1-Al6Cu4Li3和S-Al2CuMg)之间的溶质配分能和配分行为。计算结果表明,主合金化元素Li不能直接影响θʹ和S相,Cu不能直接影响δʹ相,Mg不能直接影响θʹ和δʹ相,但可以较弱地固溶于T1相。对于微合金化元素,Si是唯一一种可以固溶于4种纳米相的元素。Au能固溶于δʹ、θʹ和S相,Cd能固溶于δʹ、T1和S相,Zr能固溶于δʹ和T1相,Ni仅有微弱的趋势固溶于θʹ和S相。Ti、V、Zn、Ag和Mo只能固溶于δʹ相,而Cr、Mn、Fe和Co对这4种纳米相均没有直接影响。几乎所有的稀土元素均能强烈固溶于T1、δʹ和S相,但无法固溶于θʹ相。仅Sc略显特殊,对S相没有明显的固溶趋势。计算预测的溶质配分能构成了一个原型数据库,有利于指导和加速Al−Li合金及其他相关Al合金的设计。

预处理对喷射沉积Al-Cu-Li合金中Al_(3)Zr粒子析出及再结晶行为的影响

本文为探究如何调控喷射沉积Al-Cu-Li合金中Al_(3)Zr粒子的析出以及其析出机制,通过扫描电镜、透射电镜和电子背散射衍射研究了预处理对喷射沉积Al-Cu-Li合金中Al_(3)Zr粒子的析出行为及其对再结晶的影响。研究结果表明,喷射沉积Al-Cu-Li合金中Al_(3)Zr粒子存在分布不均匀,其粒子数量密度在Zr原子过饱和度高的晶内更高,在过饱和度低的晶界附近更低;晶界附近和晶内均存在局部无沉淀析出带,且晶界附近存在少量粒子线性团簇。在均匀化过程中Zr原子与位错攀移之间发生交互作用使得Al3Zr粒子析出。在均匀化前热变形预处理增加了基体中位错数量进而促进了Al_(3)Zr粒子析出,改善了粒子分布,抑制了局部无沉淀析出带。相比于(573 K/12 h)退火预处理和673 K下压缩10%预处理,673 K下压缩30%预处理试样中Al3Zr粒子密度更高,分布更均匀,尺寸更小。经过热压缩和固溶处理后,3种热压缩试样大角度晶界占比分别为30.3%、21.6%和17.3%。本研究将为喷射沉积Al-Cu-Li合金的研发提供依据。

Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金局部腐蚀过程:从点蚀到晶间腐蚀的转变

时效对Al-7.82Zn-1.99Mg-2.41Cu-0.12Zr合金局部腐蚀模式及过程有重要影响。合金在欠时效状态下,晶界析出相尺寸小,分布连续性高,L_(GBPs/GB)为0.75,主要的腐蚀形式是晶间腐蚀。而在双级时效和回归再时效状态下,晶界析出相尺寸大,分布连续性低,L_(GBPs/GB)小于0.5,晶间腐蚀被抑制,合金主要的腐蚀形式是点蚀。随着浸泡时间的延长,峰时效状态合金的腐蚀模式由点蚀向晶间腐蚀转变。点蚀起始于Al_(7)Cu_(2)Fe粒子,其尺寸越大,与基体的电位差越大,表明较大的Al_(7)Cu_(2)Fe粒子更容易引起点蚀。在腐蚀初期,合金表面发生点蚀,Al和Mg元素在Al_(7)Cu_(2)Fe粒子周围优先溶解。随着浸泡时间的延长,合金表面发生晶间腐蚀。

Cu基Cu-Zr-Al块体非晶合金的成分设计

利用变电子浓度经验判据,从Cu-Zr亚组元体系中的最深共晶点Cu61.8Zr38.2和次深共晶点Cu56Zr44出发,连接第三组元Al,建立(Cu81.8Zr38.2)1-xAlx和(Cu56Zr44)1-xAlx变电子浓度线.电子浓度在1.24—1.30的(Cu61.8Zr38.2)1-xAlx合金可通过铜模吸铸法形成直径为3 mm的块体非晶;对于(Cu56Zr44)1xAlx系列合金,块体非晶形成的电子浓度区间为1.28—1.36.热分析结果表明,每条变电子浓度线上块体非晶合金的热稳定性和玻璃形成能力随电子浓度增大而增加.其中, (Cu61.8Zr38.2)1-xAlx变电子浓度线上的非晶合金Cu58.1Zr35.9A16(e/a=1.3)具有最高的热稳定性和最大的玻璃形成能力,其特征参数Tg=760 K,Tg/Ti=0.648,皆高于已报道的最优成分Cu55Zr40Al5(Tg=722 K,Tg/Ti=0.614).

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。

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_(55)Al_(10)Ni_5Cu_30块状非晶合金的高温压缩断裂

利用Gleeble 1500热模拟试验机研究了Zr55Al10Ni5Cu30块状非晶合金的高温压缩断裂.在室温情况下,在块状非晶合金断面的脉纹壁上出现了带有锯齿形边缘的裂口.在高温情况下,Zr55Al10Ni5Cu30块状非晶合金的宏观断面变得粗糙不平并出现了台阶.随着实验温度的不断上升,断面粘性流动特性变得更加明显,断面出现了大面积类似流动熔体凝固后的特征结构.塑性形变产生的最大剪切面的绝热温升或熔化是块状非晶合金局部粘性流动的原因.

Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Yb铝合金中弥散相的形成和作用

采用金相、能谱分析、扫描电镜、透射电镜和力学性能实验,研究Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Yb铝合金中弥散相的形成以及弥散相对铝合金显微组织、再结晶行为、拉伸性能和断裂韧性的影响。结果表明:在Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Yb合金中形成了大量、细小、分布均匀、与基体共格的L12型Al3(Zr,Yb)弥散相;与Al-Zn-Mg-Cu-Zr中形成的Al3Zr弥散相相比,Al3(Zr,Yb)弥散相能更有效地抑制合金变形固溶过程中的再结晶,合金屈服强度提高了6%,断裂韧性提高35%。

Sc和Zr复合微合金化对Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能的影响

采用水冷铜模.激冷铸造法,制备了三种Sc和Zr含量不同的Al-Zn-Mg-Cu合金薄板材,测试了合金经120℃时效不同时间后的拉伸性能,利用光学显微镜和透射电子显微镜观察了合金的显微组织。结果表明:采用Sc和Zr复合微合金化可明显细化合金的铸态晶粒组织,抑制合金的再结晶,大大提高合金的强度;Sc含量越高,晶粒细化效果越好,合金强度提高也越大;微量Sc和Zr在Al-Zn-Mg-Cu合金中主要以Al3(Sc,Zr)质点的形式存在,初生Al3(Sc,Zr)粒子是在合金凝固过程中形成的,主要起非均质形核的作用,次生Al3(Sc,Zr)粒子是合金在均匀化处理和后续热处理中析出的,起亚结构强化和直接析出强化作用。

Zr_(55)Al_(10)Cu_(30)Ni_5非晶合金在NaOH溶液中的腐蚀行为

利用极化曲线方法、电化学阻抗技术和扫描电子显微镜研究了非晶合金Zr_(55)Al_(10)Cu_(30)Ni_5,在NaOH溶液中的腐蚀行为。极化曲线测试表明,非晶合金Zr_(55)Al_(10)Cu_(30)Ni_5在NaOH溶液中具有很好的耐蚀性能,阴极过程由电化学反应所控制,而阳极过程表现出钝化特征,在所研究的浓度范围内,钝化电流密度非常低,为1μA/cm^2～2μA/cm^2。电化学阻抗测试表明,电荷转移电阻随浓度的增大而增大,而后又有所降低。在阴极极化、开路电位和钝化电位下,非晶合金的Nyquist图由单容抗弧构成,具有很高的电荷转移电阻,表现出优良的耐蚀性。SEM和EDAX表明非晶合金在NaOH溶液中腐蚀轻微,各合金元素的溶解程度不同,腐蚀后表面出现了少量的氧元素。