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。

Sc、Zr微合金化对Al-4Cu-1.5Mg合金组织与性能的影响

试验研究了Sc和Zr复合微合金化对Al-4Cu-1.5Mg合金铸态显微组织与力学性能的影响规律。结果表明,复合添加微量Sc和Zr,有效改善了合金铸态微观组织,细化了合金晶粒,使粗大的树枝晶转变为均匀细小的等轴晶。当Sc、Zr含量分别为0.4%和0.2%时,合金的抗拉强度、屈服强度及伸长率分别为275.0MPa、176.0MPa和8.0%,与未添加合金元素的Al-4Cu-1.5Mg合金相比,抗拉强度提高了55.3%,伸长率提高了近3倍。

Sc、Zr、Ti复合合金化对Al-5Mg合金组织和性能的影响

通过向合金中单独或联合添加微量的Sc、Z r、T i,研究了Sc、Z r、T i复合合金化对A l-5M g合金微观组织、再结晶抗力及力学性能的影响。研究结果表明:合金中单独添加0.2%Sc,使合金的再结晶抗力、硬度和强度明显增加而塑性明显下降,但对合金没有晶粒细化效果。Sc、Z r复合合金化明显改善了Sc对晶粒的细化能力和再结晶抗力,合金的强度和硬度也进一步增加,但对塑性的影响不大。添加0.036%T i进行Sc、Z r、T i复合合金化使合金具有最佳的晶粒细化效果和再结晶抗力,但对合金的力学性能影响不大。原因在于Sc、Z r、T i复合合金化降低了A l-A l3Sc共晶点,而且Z r、T i可以代替部分Sc形成A l3Sc1-xZ rx或A l3Sc1-xT ix复合粒子,有利于凝固过程中形成与α-A l具有良好晶格匹配性的一次A l3Sc1-xZ rx或A l3Sc1-xT ix复合粒子及挤压和退火过程中二次复合粒子的析出。这些大量的、弥散分布的、与基体共格的粒子可以有效地阻止位错的运动和亚晶界的迁移,从而产生良好的细晶强化、弥散强化和亚结构强化效果。

微量元素Zr+Sc与凝固速度对铸造Al-Li-Cu-Mg合金组织性能的影响

通过控制微量元素Zr+Sc与凝固速度,对铸造Al-Li-Cu-Mg合金进行熔体处理,研究两种因素对合金微观组织及性能的影响。利用光学显微境、场发射扫描电镜、X射线衍射仪、万用拉伸机等分别对合金的微观组织标定及力学性能进行分析和测试。结果表明:向Al-5Li-4Mg-3.5Cu基础合金中加入Zr+Sc后,合金的铸态晶粒得到明显细化,基体晶粒形貌由树枝状转变为近似等轴晶。向基础合金中加入0.2%Zr+0.4%Sc时达到晶粒细化极值,继续添加Zr+Sc元素则会降低细化效果,恶化合金组织;经过力学性能测试可知,添加0.2%Zr+0.4%Sc的合金的力学性能有了较大的提高,相比于基础合金抗拉强度提高了约48.57%,伸长率提升了27.93%;快速凝固时,添加0.2%Zr+0.4%Sc合金仅有Al_(2)MgLi、Al_(3)Zr、Al_(3)Sc和Al_(8.9)Li_(1.1)相的析出,析出相的数量很少且尺寸极小。

微合金化元素Cu/Ti在L1_(2)-Al_(3)Sc/Al界面的偏析行为

L1_(2)-Al_(3)Sc纳米析出相的热稳定性对于Al-Sc合金的耐热性意义重大.不同溶质原子在L1_(2)-Al_(3)Sc界面的偏析行为可能对Al-Sc合金中L1_(2)-Al_(3)Sc析出相的热稳定性造成影响.本文针对过渡族微合金化元素Cu和Ti的L1_(2)-Al_(3)Sc/Al界面偏析,开展第一性原理能量学计算研究.结果表明,Cu和Ti均倾向于以替换方式偏析在界面Al侧,但偏析驱动力和偏析占位有明显差异.在给定温度下,基体浓度对界面偏析量也有重要影响.基体浓度越高,偏析驱动力越大,界面平衡偏析量或最大界面覆盖率越大.温度为600 K、基体原子浓度为1%时,Ti对偏析界面的最大覆盖率可达80%(0.8单原子层),而Cu不超过4%(0.04单原子层).

Sc、Zr微合金化对5356铝合金焊材组织及焊接性能的影响

为提高5083铝合金焊接接头的力学性能,本实验制备了不同Sc、Zr含量的5356焊丝。使用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针显微分析仪(EPMA)研究了5356焊材铸锭和5083铝合金焊缝的微观组织,并测试了焊件的硬度和拉伸性能。结果表明:单独添加含量为0.2wt%的Sc与Zr均能有效细化5356合金晶粒,添加Zr的细化效果更好。同时添加Sc与Zr能更进一步细化合金晶粒度,分别添加0.2wt%Sc+0.1wt%Zr、 0.2wt%Zr+0.1wt%Sc时,晶粒尺寸约为29μm,较未添加微量元素合金晶粒尺寸减小约78.5%。0.2 wt%Sc以及0.2 wt%Sc+0.1 wt%Zr焊丝可显著细化焊缝晶粒并提升其力学性能。当使用0.2 wt%Sc+0.1 wt%Zr改性焊丝时,焊缝熔化区平均晶粒尺寸为15μm,是使用未改性焊丝制得熔化区晶粒尺寸(62μm)的24%,抗拉强度为343 MPa,提升15%。

Zr含量对5083铝合金铸轧板组织和性能的影响

采用立式双辊铸轧机制备了Zr含量为0%~0.25%(质量分数,下同)的5083-xZr铝合金铸轧板。采用光学显微镜和扫描电镜对铸轧板边部与心部的组织进行观察分析。利用电化学工作站和电子万能试验机对铸轧板的耐腐蚀性和室温拉伸性能进行检测,系统研究了Zr含量对5083铝合金铸轧板的微观组织及性能的影响。研究结果表明,Zr对5083铝合金铸轧板的晶粒有明显的细化作用,随着Zr含量的增加,晶粒的细化作用增强,边部晶界上的析出相增多,心部粗大的共晶相得到改善,铸轧板的力学性能提升。在四种成分的合金中,当Zr含量为0.25%时,合金的耐腐蚀性较佳,自腐蚀电位为-654.5 mV,腐蚀电流衰减到1.37×10^(-7)A/cm^(2)。此时,板材的边部晶粒尺寸为46.87μm,心部晶粒尺寸为32.55μm,铸轧板的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为137.12 MPa、98.37 MPa和10.21%。

激光粉末床融合铝合金微合金化研究进展

针对传统铝合金在激光粉末床融合技术(Laser Powder Bed Fusion,LPBF)中的高裂纹敏感性,总结了近年来通过微合金化方法改善LPBF铝合金成型性及力学性能的研究进展。综述了微合金元素在成型过程中的作用机理,重点讨论了Er、Zr元素对微观组织的调控即晶粒细化,总结了LPBF微合金化铝合金的成型工艺研究,分析了微合金改性后热处理工艺诱导第二相弥散析出及对应力学性能的研究。对未来LPBF铝合金微合金化研究提出展望,开发新的微合金改性铝合金并探索适合工业生产的热处理工艺,获得低成本、高强度的LPBF铝合金。

Sc、Er元素在Al-Zn-Mg合金中的作用机理研究

采用直冷半连续铸造法制备了三种不同成分的Al-Zn-Mg-(Sc)-(Er)合金材料。利用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜进行微观组织观察,采用差热分析仪测试相变转变温度,测试了硬度、拉伸性能并利用扫描电镜进行断口分析。结果表明:Al-8.5Zn-1.5Mg-0.1Zr合金中添加0.1%Sc+0.1%Er的晶粒细化效果最好,室温拉伸性能最佳,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别可达585 MPa、566 MPa和8.3%;添加0.2%Er元素(0.1%Er等量替代0.1%Sc)的合金的晶粒细化效果和室温拉伸性能均明显差于Al-8.5Zn-1.5Mg-0.1Zr-0.1Sc-0.1Er合金;而添加0.4%Er元素(0.3%Er过量替代0.1%Sc)与添加0.1%Sc+0.1%Er元素对于Al-8.5Zn-1.5Mg-0.1Zr合金在晶粒细化和室温拉伸性能方面带来的增益效果较为接近,但较高含量的Er元素添加容易在合金内部形成偏聚的现象。

Y对Zr基非晶合金在3.5%NaCl溶液中腐蚀行为的影响

采用真空单辊甩带法制备出成分为(Zr_(56)Al_(16)CO_(28))100-xYx(x=0,2,4)的合金试样,利用X射线衍射(XRD)、电化学极化曲线和扫描电镜(SEM)研究了该合金在3.5%NaCl溶液中腐蚀行为的影响。结果表明,在3.5%NaCl溶液中,该合金耐腐蚀性优于不锈钢1Cr_(18)Ni_9Ti和(Cu_(47)Zr_(11)Ti_(34)Ni_(8))_(99)Cr_1,且适量的添加Y显著提高了该合金的耐腐蚀性。

Nb对Zr基非晶合金在NaOH溶液中腐蚀行为的影响

采用真空单辊甩带法制备出(Zr_(56)Al_(16)Co_(28))_(100-x)Nb_x(x=0,2,4)的合金试样。利用X射线衍射、电化学极化曲线和扫描电镜研究了Nb对Zr-Al-Co非晶合金在1 mol/L Na OH溶液中腐蚀行为的影响。结果表明,在1mol/L Na OH溶液中,Zr-Al-Co-Nb非晶合金的耐腐蚀性能优于Cr18Ni8,且适量添加Nb能提高Zr-Al-Co-Nb非晶合金的耐腐蚀性。

钪对Al—6Mg—Zr合金焊接抗腐蚀的影响

采用中性盐雾试验和剥落腐蚀等方法研究了微量稀土元素Sc对Al—6Mg—Zr合金焊接接头耐蚀性能的影响，并用金相显微镜和透射电子显微镜观察合金焊接接头的微观组织、探讨其腐蚀机理。结果表明，添加了Sc元素后的Al—6Mg—Sc—Zr合金焊接接头比Al—6Mg—Zr合金具有更好的耐蚀性能。研究认为，添加Sc元素能有效地细化晶粒，形成的Al3(Sc，Zr)第二杷能强烈地阻止位错和亚晶界的运动，提高了合金的再结晶温度，从而使合金组织中的β(Mg5Al8，Mg2Al3)沉淀相分布均匀、呈弥散分布，最终使合金的腐蚀敏感性降低。

合金元素对镁合金性能影响

镁合金具有优异的性能,随着关键应用技术的不断发展,其应用潜力巨大。本文简要说明了镁合金的分类,介绍了一些常用合金化元素,如Al、Zn、Mn、Si、Ca、Zr和RE等元素对镁合金性能的影响及机理。这些合金元素单独或共同影响着镁合金组织和性能。

Nb对Zr基非晶在1mol/LHCl溶液中腐蚀行为的影响

采用真空单辊甩带法制备出成分为(Zr_56Al_16Co_28)_(100-X)Nb_X(X=0,2,4)的合金试样,利用X射线衍射、电化学极化曲线和场发射扫描电镜研究了Nb对Zr-Al-Co非晶合金在1 mol/L HCl溶液中腐蚀行为的影响。结果表明,在1 mol/L HCl溶液中,非晶态合金Zr-Al-Co-Nb的耐腐蚀性能优于晶态1Cr18Ni9Ti,且适量添加Nb能提高Zr-Al-Co非晶合金在盐酸溶液中的耐腐蚀性。

Nb对Cu基非晶合金热加工及力学性能的影响

为了提高Cu基非晶合金的热加工性能和力学性能,采用铜模铸造法制备了直径为2 mm的Cu47Zr47-xAl6Nbx非晶合金.分别利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、差示扫描量热计和电子万能试验机对Cu47Zr47-xAl6Nbx非晶合金的相组成、显微组织、热力学参数和力学性能进行了研究.结果表明,适量的Nb元素可以提高Cu47Zr47-xAl6Nbx非晶合金的热加工和力学性能.Cu47Zr47Al6非晶合金的过冷液相区和断裂强度分别为53.5 K和1 528 MPa.当Nb元素的原子分数为2%时,Cu47Zr45Al6Nb2非晶合金具有最大的过冷液相区和断裂强度,且可以分别达到69.0 K和1 830 MPa.

新型高强度Al合金

俄罗斯专利RU2288965中公布了一种新型高强度Al合金。该合金中所含的主要合金元素为（质量分数）：Zn 6%～8%、Mg 2.5%～3.5%、Ni 0.6%～1.4%、Fe 0.4%～1.0%、Si 0.02%～0.2%、Zr 0.1%～0.3%、Sc 0.05%～0.2%,其余是Al。该合金的平衡固线温度不低于540℃,硬度不低于200HV。

一种三元形状记忆钛合金

据美国专利6786984B1称，日本Fukushima市的Tomy公司发明一种在人体温度时具有形状记忆功能与超塑特性的Ti—Zr系合金，其主要合金化元素：(1)Sn，(2)必须有Ti或Zr，(3)Nb或Ta可任取其一；Sn的含量为3原子％～6原子％。

均匀化退火对Al-6Mg-0.4Mn-0.15Zr-0.04Sc合金时效行为和微观结构影响

采用显微硬度法,光学显微镜,扫描电镜和透射电镜探究了均匀化退火对Al-6Mg-0.4Mn-0.15Zr-0.04Sc合金Al3(Sc,Zr)相时效行为和Mg均匀性的影响。显微硬度结果显示,合金直接在Al-Mg合金的均匀化温度475℃单级退火时,峰值硬度为830 MPa,远低于等时退火时的峰值硬度920 MPa,表明单级均匀化退火时Al3(Sc,Zr)时效强化效果没有充分发挥。因此设计双级均匀化退火,第1级退火在275~350℃进行,使得Al3Sc相弥散析出,300℃具有最高的硬度峰值870 MPa,之后进行475℃第2级退火,使得Zr包裹在Al3Sc相长大,硬度进一步上升至920 MPa。微观结构分析显示双级退火相比于单级退火球形Al3(Sc,Zr)相更为细小弥散,因此具有更高的强化效果。合金经过300℃,7 h+475℃,15 h双级退火后,不仅枝晶处Mg的偏析完全消除,而且Al3(Sc,Zr)相可以细小弥散析出,从获得了更高强度和再结晶温度。

Y对Zr-Al-Co非晶合金在盐酸溶液中腐蚀行为的影响

采用真空单辊甩带法制备出成分为(Zr56Al16Co28)100-xYx(x=0,2,4)的合金试样,利用X射线衍射(XRD),电化学极化曲线和场发射扫描电镜(SEM)研究了Y对Zr-Al-Co非晶合金在1mol/L盐酸溶液中腐蚀行为的影响。结果表明,在1mol/L盐酸溶液中,(Zr56Al16Co28)100-xYx(x=0,2,4)非晶耐腐蚀性能优于不锈钢(1Cr18Ni9Ti),且添加适量的Y显著提高了非晶合金的耐腐蚀性。