微量钪对超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金组织与性能的影响

采用铸锭冶金法制备了5种不同Sc含量的超高强Al-8.1Zn-2.3Cu-2.05Mg-0.12Zr合金,利用光学显微镜和透射电镜以及扫描电镜分别观察了合金的显微组织与断口形貌,测试分析了合金的拉伸力学性能。结果表明:采用Sc微合金化,凝固过程中形成的初生Al3(Sc,Zr)粒子可显著细化合金铸态晶粒组织,消除枝晶偏析,均匀化过程中形成的次生Al3(Sc,Zr)粒子可抑制合金的再结晶,并强烈钉扎位错及亚结构;微量Sc的添加使合金强度提高26～94MPa,同时保持较高的伸长率,合金拉伸断口表现为层状和韧窝混合型形貌特征,合金中适宜的Sc添加量为0.21%。

热轧及退火对Mg-Zr系阻尼合金组织和性能的影响

研究了热轧及退火对3种Mg-Zr系阻尼合金(Mg-0.6Zr、Mg-0.6Zr-0.4Zn、Mg-0.6Zr-0.4Zn-1.5Cd)组织和性能的影响。结果表明:热轧使晶粒发生明显细化,力学性能获得提高。铸态合金的阻尼性能与应变振幅有关,随着应变振幅的提高而不断提高;经热轧,合金的阻尼性能显著下降,几乎与应变振幅无关;热轧后的退火处理使合金的阻尼性能又有上升,但低于铸态水平。在各种状态下,Mg-0.6Zr-0.4Zn和Mg-0.6Zr-0.4Zn-1.5Cd合金的力学性能明显高于Mg-0.6Zr合金,而铸态时的阻尼性能与Mg-0.6Zr合金的相差不大,但经过热轧及退火之后又有较大差距。Mg-Zr系合金上述阻尼性能的变化可以用Granato-Lücke位错模型来解释。

Zr含量对Mg-Zr粉末冶金阻尼合金材料性能的影响

采用粉末冶金法制备了Mg-x%Zr阻尼合金(x=0.6,1.5,2.5,5,质量分数,下同),通过三点弯曲测试和DMA技术等手段研究了Zr含量对Mg-Zr合金的组织、力学性能和阻尼性能的影响。结果表明,随着Zr含量增加,组织演变为条带状结构,同时在晶界及晶内出现点状颗粒,晶粒更加细化。Mg-x%Zr阻尼合金的致密度、硬度、抗弯强度随着Zr含量增加而提高,Zr含量为2.5%的合金的致密度、抗弯强度和显微硬度达到最大值。在频率5Hz,应变振幅6×10-5的测试条件下,Mg-5%Zr合金的阻尼性能最好,阻尼值tan达到0.084,Mg-1.5%Zr次之,Mg-2.5%Zr合金的阻尼性能最差。在27～100℃的温度范围内,Mg-x%Zr合金阻尼性能随温度升高而缓慢提高,在高于100℃后,合金阻尼性能随温度的升高迅速增加,并在160℃出现阻尼峰。Mg-1.5%Zr合金的阻尼峰温度随频率增大而升高,呈现出弛豫型阻尼特征。

时效处理对含钪Al-Zn-Mg-Zr合金腐蚀行为的影响

采用恒温浸泡法、极化曲线测试、慢应变速率拉伸试验、扫描电镜及透射电镜等分析手段,研究时效处理对含钪Al-Zn-Mg-Zr合金腐蚀行为的影响。实验结果表明:合金在自然时效态下具有较差的抗晶间腐蚀和剥落腐蚀能力;合金腐蚀敏感性随着时效制度的变化由小到大的顺序为:T73时效,T6时效,欠时效,自然时效。经极化曲线测试分析,合金的腐蚀性能呈现相同趋势。在同一慢应变拉伸速率下,T73时效态的应力腐蚀敏感性相比T6时效态低;在相同时效状态下,应变速率为1.33×10 6s 1的应力腐蚀敏感性相比6.67×10 6s 1的高。合金的腐蚀敏感性与时效析出相(MgZn2)尺寸、分布及无沉淀析出带(PFZ)有关,在T6时效态下,晶界析出相连续的链状分布导致腐蚀敏感性大;同时,晶界析出相的粗化、不连续分布和无沉淀析出带的宽化,使得T73时效态的腐蚀敏感性显著降低。

含钪Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金的腐蚀行为和电化学阻抗谱特征

通过晶间腐蚀、剥落腐蚀和极化曲线试验,结合电化学阻抗谱(EIS)测量,研究不同时效处理对含钪超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金的晶间腐蚀和剥落腐蚀敏感性的影响。研究结果表明:在自然时效状态下,合金腐蚀敏感性最大;人工时效处理的合金,其腐蚀敏感性随时效时间的延长而降低,相应时效态合金在EXCO溶液中恒电位极化曲线分析,也得出相同的结论。晶界析出相和晶界无沉淀析出带(PFZ)是影响合金腐蚀性能的主要因素。随着时效时间的延长,η′和S′相逐渐向平衡的η和S相转变,晶界析出相粗化并呈链状分布,PFZ变宽等均有助于降低合金的腐蚀敏感性。合金的电化学阻抗谱(EIS)演变对腐蚀类型的转变具有规律的反映,可以用来对合金的腐蚀性能进行快速、无损的检测。

含Sc超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金的热变形行为和微观组织

采用热模拟实验对含Sc超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金在应变速率为0.001～10s-1、变形温度为380～470℃的条件下进行了热压缩实验.研究了实验合金的流变应力行为和微观组织演变.结果表明:流变应力随变形温度升高而下降;随应变速率增加峰值应力也相应增加.随变形温度升高和应变速率降低,合金动态再结晶的程度加深,亚晶尺寸变大.含Sc超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金,形成了Al3Sc弥散相,该相可强烈抑制再结晶.合金主要软化机制为动态回复伴随动态再结晶.

双级时效对含Sc的Al-Zn-Mg-Zr合金组织与性能的影响

通过慢应变速率拉伸实验(SSR_T)、晶间腐蚀试验、剥落腐蚀实验、室温力学性能测试、电导率测试、维氏硬度测量和透射电子显微分析等手段对2.5 mm厚Al-5.4Zn-2.0Mg-0.25Sc-0.1Zr合金板材在双级时效下的抗应力腐蚀性能(SCC)、抗晶间腐蚀性能(IGC)、抗剥落腐蚀性能(EC)、力学性能、电学性能、显微组织结构及其演变规律进行研究。研究结果表明:合金较适宜的双级时效工艺为120℃/6 h+140℃/20 h,在此工艺条件下合金的抗拉强度R_m、屈服强度R_p、伸长率A和电导率γ分别为553 MPa,534 MPa,12.0%和22.3 MS/m,双级时效后合金晶内为弥散分布的亚稳定强化相η′-MgZn_2,晶界出现粗大不连续分布的平衡相η-MgZn_2,还伴有明显宽化的无沉淀析出带。与单级峰值时效(120℃/24 h)相比,合金晶间腐蚀倾向减小,具有良好的抗剥落腐蚀性能,剥蚀等级为中等剥落腐蚀(EB)级,具有良好的抗应力腐蚀性能。

Al-Zn-Mg-Zr合金铸锭的均匀化

采用差示扫描量热分析确定Al-Zn-Mg-Zr合金均匀化处理温度和过烧温度,采用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析和透射电镜研究合金铸锭均匀化过程中显微组织的演化,探索该合金的均匀化热处理工艺,研究铸锭均匀化动力学过程,并利用菲克定理构建均匀化动力学方程。结果表明:铸态Al-Zn-Mg-Zr合金由α(Al)固溶体、固溶了Cu元素的η-Mg Zn2相和非平衡共晶相T-Mg32(Al,Zn)49组成。随着均匀化温度的升高和时间的延长,非平衡共晶相溶入基体,晶内有弥散Al3Zr粒子析出,该合金的最佳均匀化热处理工艺为470℃退火16 h。

一种Al-Cu-Mg-Zr合金的疲劳裂纹扩展行为研究

研究热处理状态、应力比和试样取向等对含Zr的Al-Cu-Mg系铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明,T3、T4两种热处理状态试样的疲劳裂纹扩展速率没有明显差别;L-T方向和T-L方向的试样也有大致相同的疲劳裂纹扩展速率;应力比R对疲劳裂纹扩展行为有明显影响,高应力比下的疲劳裂纹扩展速率明显快于低应力比条件下的扩展速率,并且高应力比下的疲劳裂纹扩展在较小的△K值下进入快速扩展阶段,并很快断裂。在较低的△K水平下应力比的影响与裂纹闭合效应有关。

KCl-MgCl2-K2ZrF6-KF-ZrO2熔盐体系中Mg-Zr合金的制备

在1023 K条件下,开展了Zr(Ⅳ)在KCl-MgCl_2-K_2ZrF_6和KCl-MgCl_2-K_2ZrF_6-KF-ZrO_2熔盐中Mo电极上的电化学实验,并获得如下结果:Zr(Ⅳ)还原为Zr(0)是通过两步反应,即Zr(Ⅳ)+2e^-→Zr(Ⅱ)和Zr(Ⅱ)+2e^-→Zr(0)。两个反应是准可逆的。KCl-MgCl_2-K_2ZrF_6-KF-ZrO_2熔盐中的电极反应表明在预沉积的Zr上欠电位沉积Mg可以用来制备Mg-Zr合金。感应耦合离体子体-原子发射光谱(ICP-AES)分析结果表明,在1023 K和KCl-MgCl_2-K_2ZrF_6-KF-ZrO_2熔盐中K_2ZrF_6含量在9.2%(w)条件下,恒电流电解获得的Mg-Zr合金中Zr含量可以达到7.2%(W)。并采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜-能谱仪(SEM-EPS)对合金进行表征。利用KCl、MgCl_2、K_2ZrF_6、KF和ZrO_2为原料,直接恒电流电解制备Mg-Zr合金是可行的,且在确定反应条件下实现合金中Zr含量可控;揭示了KCl-MgCl_2熔盐体系可以实现Mg和Zr的共电沉积,并且验证了直接电解ZrO_2获得Mg-Zr合金的可行性。

微量Sc,Er对Al-Cu-Mg-Zr合金铸态组织的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和XRD物相定性分析研究了添加微量Sc和Er对Al-Cu-Mg系合金铸态组织的影响以及作用机制。结果表明:Er,Sc能不同程度细化合金铸态组织。合金中添加Sc元素细化合金铸态组织的机制为凝固时形成的均匀分布的Al3(ScxZr1-x)质点成为αAl结晶时理想的异质核心,起到显著的晶粒细化作用。Er在合金中主要以Al8Cu4Er分布于晶界,并没有观察到Er和Zr元素的交互作用;凝固过程中,Er元素聚集在固液界面前沿,增大了凝固前沿的液相成分过冷度,抑制枝晶生长,从而细化晶粒。

高强高阻尼Mg-Zr系合金的研究(Ⅱ)——热挤压及退火对Mg-Zr-(Ca/Y)合金组织和性能的影响

研究了三种Mg-Zr系阻尼合金(Mg-0.6Zr,Mg-0.6Zr-0.3Ca,Mg-0.6Zr-0.3Ca-0.1Y)在热挤压及退火后组织和性能的变化。结果表明:合金在热挤压过程中晶粒明显细化,使力学性能得到提高。三种合金在铸态下,其阻尼性能随应变振幅的增加而不断提高;经过热挤压后,阻尼性能明显下降,且几乎与应变振幅无关;挤压后的退火处理又使合金阻尼性能有所增大,但与铸态时仍存在一定差距。在各处理状态下,Mg-0.6Zr-0.3Ca和Mg-0.6Zr-0.3Ca-0.1Y合金的力学性能明显高于Mg-0.6Zr合金,而阻尼性能在铸态下与Mg-0.6Zr合金相差不大,但经热挤压和退火后有较大差距。三种合金阻尼性能随处理状态的变化可用Granato-Lücke位错模型解释。

不同时效状态下Al-Zn-Mg-Zr-Sc合金的应力腐蚀行为

采用慢应变速率拉伸试验研究了单级和双级时效态Al-Zn-Mg-Zr-Sc合金在不同应变速率以及不同腐蚀介质条件下的应力腐蚀开裂(SCC)敏感性,观察了断口形貌,讨论了应变速率和时效状态对合金SCC敏感性的影响。结果表明:应变速率和时效状态对合金SCC敏感性的影响很大,低应变速率下合金的SCC敏感性指数均大于高应变速率下的;单级时效态合金的应力腐蚀敏感性指数均大于双级时效态合金的;合金经双级时效处理后,晶界沉淀相粗化,可有效降低吸附于晶界的氢原子浓度,使合金的耐应力腐蚀性能提高。

微量钪对Al-Zn-Mg-Zr焊接接头组织性能的影响

采用铸锭冶金法制备了Al-6.0Zn-2.0Mg-0.12Zr和Al-6.0Zn-2.0Mg-0.2Sc-0.12Zr两种合金板材,以Al-Mg-Sc-Zr焊丝为焊接填充材料,对3 mm厚的上述两种合金板材进行氩弧焊接,之后对两种接头的显微组织和力学性能进行对比研究。结果表明:第一,微量Sc可以显著提高Al-Zn-Mg-Zr合金基材的拉伸性能,基材强度的提高来源于晶粒细化强化、Al3(Sc,Zr)粒子的析出强化和Al3(Sc,Zr)粒子引起的亚结构强化;第二,焊接过程中,不含Sc的合金焊接接头热影响区内η′相(MgZn2)粒子和晶粒明显粗化,含Sc的合金焊接接头热影响区内η′相(MgZn2)粒子也明显粗化,但晶粒大小没有明显变化,由于Al3(Sc、Zr)粒子稳定性高,不容易粗化和团聚,对位错和亚晶界仍然起钉扎作用,热影响区仍然保持未再结晶组织,过时效软化现象相对于传统的铝镁合金来说不是很严重;第三,微量Sc可以明显提高Al-Zn-Mg-Zr合金焊接接头的强度,与不加Sc的合金焊接接头相比,添加Sc的合金拉伸强度从395 MPa提高到447 MPa,强度系数从0.7提高到0.8。强度的提高主要来源于晶粒细化强化、Al3(Sc,Zr)粒子的析出强化和由于Al3(Sc,Zr)粒子的高稳定性导致的的抗热循环软化能力的提高。

等通道转角挤压Al-Li-Cu-Mg-Zr合金的循环形变行为

等通道转角挤压(ECAP)方法制备的Al-LI-Cu-Mg-Zr合金主要由晶粒小于1μm的等轴晶组成,循环形变时,ECAP Al-Li-Cu-Mg-Zr合金在应变幅较小时先出现短暂软化,然后持续硬化;在应变幅较大时持续软化直至断裂,ECAPAl-Li-Cu-Mg-Zr合金的Coffin-Manson曲线近似一条直线,这些特性均与文献报道的峰时效Al-Li-Cu-Mg-Zr合金有所不同。

含钪Al-Zn-Mg-Zr合金双级时效工艺的正交优化

采用正交试验对含0.25%(质量分数)钪Al-Zn-Mg-Zr合金的双级时效进行了工艺优化,研究了双级时效工艺参数(预时效温度和时间、终时效温度和时间)对合金力学性能和电导率的影响,观察了最佳工艺处理后合金的显微组织。结果表明:对该合金综合性能,尤其是力学性能影响程度由大到小的参数依次为终时效温度、终时效时间、预时效时间、预时效温度;该合金适宜的双级时效工艺为120℃×4h+140℃×12h,经该工艺处理后,合金的抗拉强度为553 MPa,屈服强度为534 MPa,伸长率为12.0%,电导率为37.3%IACS;合金基体组织中弥散分布着η′相以及Al3(Sc,Zr)粒子,有助于合金强度以及抗应力腐蚀性能的提高。

含钪Al-Zn-Mg-Zr合金薄板材MIG焊接接头的组织与性能

采用新型Al-Mg-Sc-Zr焊丝对含钪Al-Zn-Mg-Zr合金薄板材进行MIG焊,借助显微硬度及拉伸性能测试、OM,SEM,TEM等检测手段对焊接接头的微观组织和性能进行研究。结果表明:焊缝区为典型的铸态组织;热影响区靠近焊缝一侧呈现大量细小等轴晶组织,靠近基材区为纤维状组织和少量再结晶组织;基材区为纤维状组织。焊接接头的显微硬度以焊缝为中心呈近似对称,且中心处硬度值最低;抗拉强度为481 MPa,屈服强度为320MPa,伸长率为10.1%,焊接系数约0.83。同时,焊丝和基材中微量的Sc和Zr元素在合金中形成大量细小且与基体共格的Al3(Sc,Zr)粒子,能显著细化晶粒组织,有效抑制再结晶发生,大大改善焊缝区的力学性能。

时效对Al-Li-Cu-Mg-Zr合金力学性能及阻尼特性的影响

对Al-Li-Cu-Mg-Zr合金8090热轧板材进行了不同的时效处理,测试了该合金在不同时效状态下的力学性能和阻尼特性。结果表明:该合金在不同时效状态下,其力学性能有明显差异,阻尼特性也有较大差别。通过调整合金的时效工艺可改变该合金的阻尼特性。

高活性集中放热的Al-Mg-Zr合金燃料的制备与性能

采用紧耦合气雾化法制备了Mg含量为5%~30%的新型Al-Mg-Zr三元合金燃料。用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)/能量分散谱(EDS)和热重-差热分析(TG-DTA)分别表征了合金粉的相组成、形貌和氧化放热行为,并提出了一个氧化反应机制模型,解释合金粉的集中氧化放热现象。结果表明,合金粉的相组成主要有Al、Al_3Mg_2、Al_3Zr和Al_(12)Mg_(17),且粉末具有良好的球形度。随着Mg含量的升高,Al-Mg-Zr合金发生氧化反应的温度明显降低,氧化过程由多步氧化逐渐转变为一步氧化,能量释放量先增后减。Al_(78)Mg_(20)Zr_2和Al_(73)Mg_(25)Zr_2粉末分别在945℃和938℃呈现集中氧化放热,并且Al_(78)Mg_(20)Zr_2粉末的集中氧化反应比较完全,该粉末的最高氧化放热焓为-9798.8μV·s·mg^(-1)。

通过等通道转角挤压及后续时效制备高强韧Al-Zn-Mg-Zr合金

通过多道次等通道转角挤压(ECAP)及后续时效制备具有超细晶结构的高强韧Al-Zn-Mg-Zr合金。在经过8道次ECAP和后续时效后,固溶态合金的屈服强度和抗拉强度分别由(98±10)MPa和(226±7)MPa显著提升到(405±7)MPa和(427±9)MPa,同时合金能保持较好的伸长率((17.4±2.5)%)。采用多尺度表征手段(透射电镜、背散射电子衍射和X射线衍射)揭示合金的微观结构(包括晶粒细化、析出相形貌和位错密度)在ECAP和后续时效中的演变。经过8道次ECAP后,原本粗大的长晶粒被细化成独特的双晶粒结构(由极细等轴晶和条状晶粒组成)。同时,具体讨论一系列强化效应(例如:位错强化和析出强化)在ECAP和后续时效中的作用。