Sc对Al_Mg合金组织与性能的影响
含Sc超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金热模拟与热处理研究的开题报告
含Sc超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金热模拟与热处理研究的开题报告一、选题背景和意义随着现代工业的发展，高性能金属材料的需求日益增加。
Al-Zn-Mg-Cu合金因其轻质、高强度、优良的抗腐蚀性和可焊性等优异性能，已成为高性能金属材料的研究热点之一。
同时，添加微量的Sc元素可以显著提高合金的强度和抗拉伸性能，提高合金的耐热性、抗氧化性和防腐蚀性能。
与此同时，合金的热模拟和热处理是影响合金性能的重要因素之一。
通过研究合金在不同热模拟条件下的组织结构和性能变化规律，可以预测其在实际使用条件下的性能表现。
在热处理过程中，通过调控热处理参数，在保证合金力学性能的同时，可以使合金组织结构优化，提高合金的综合性能。
因此，针对含Sc超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金的热模拟和热处理研究，可以为高性能金属材料的研究和应用提供重要的参考和指导。
二、研究内容和方法本研究的主要内容包括：1. 含Sc超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金的热模拟研究。
利用热模拟实验装置，对含Sc超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金在不同温度、应变速率、应变等条件下进行热模拟实验，制备各种不同组织结构的样品。
2. 含Sc超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金的热处理研究。
对制备的样品进行不同的热处理，比较不同热处理参数下样品的组织结构和性能变化规律，确定合适的热处理参数。
3. 含Sc超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金的性能测试和分析。
利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和拉伸试验等分析技术，分析样品的细观组织、宏观性能和力学性能，探究热模拟和热处理对样品性能的影响。
本研究采用实验法和理论分析相结合的方法，通过实验数据的分析和对实验现象的解释，深入研究含Sc超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金的热模拟和热处理规律，为高性能金属材料的研究和应用提供科学的依据和支持。
三、预期成果和意义1. 深入研究含Sc超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金的热模拟和热处理规律，探究其力学性能和组织结构的变化规律，为高性能金属材料的研究和应用提供重要的参考和指导。
Mg、Si含量对Al-Mg-Si合金显微组织与性能的影响
2019,Vol.33,No.9 www.mater⁃rep.com lbh@DOI :10.11896/cldb.18070193基金项目:中国国防科技工业局资助项目(2011⁃006) This work was financially supported by State Administration of Science Technology and Industry for National Defense of China (2011⁃006).Mg ㊁Si 含量对Al⁃Mg⁃Si 合金显微组织与性能的影响任智炜,罗兵辉,郑亚亚,高 阳,何 川中南大学材料科学与工程学院,长沙410083采用室温拉伸㊁晶间腐蚀㊁电化学极化曲线等实验手段,环境扫描电子显微镜(SEM )㊁能谱分析(EDS )㊁透射电子显微镜(TEM )等现代分析测试方法,研究在Mg ㊁Si 质量比固定不变时,改变Mg ㊁Si 含量对Al⁃Mg⁃Si 合金显微组织㊁力学性能与腐蚀性能的影响㊂结果表明,Mg ㊁Si 含量(质量分数)分别从0.6%和0.56%增大到1.6%和1.49%时,晶内β″强化相的密度增大,使得合金的力学性能呈增强趋势㊂当合金含量继续增大,晶内β″相密度增大不明显,但晶界上MgSi 相粗化且出现在晶内,在合金受力断裂时脆性的MgSi 相相连直接形成裂纹,使力学性能下降㊂Mg ㊁Si 含量的增大会导致合金的耐腐蚀性能不断下降,这是因为腐蚀先发生在第二相或第二相周围的基体,而合金元素增多将使晶界及晶内出现更多第二相,使腐蚀更容易发生㊂关键词 Al⁃Mg⁃Si 合金 腐蚀过程 力学性能 耐腐蚀性能中图分类号:TG146 文献标识码:AEffect of Mg and Si Content on Microstructure and Property of Al⁃Mg⁃Si AlloyREN Zhiwei,LUOBinghui ,ZHENG Yaya,GAO Yang,HE ChuanSchool of Materials Science and Engineering,Central South University,Changsha 410083The effect of Mg and Si content with fixed Mg /Si ratio on the microstructure and properties of Al⁃Mg⁃Si alloy was investigated by mechanical properties testing,intergranular corrosion and electrochemical polarization curve,combined with SEM,EDS,TEM techniques.The experi⁃mental results indicate that increasing content of Mg and Si from 0.6wt%and 0.56wt%to 1.6wt%and 1.49wt%can improve mechanical proper⁃ty by promoting the precipitation of metastable β″precipitates.Continuing to increase the content of Mg and Si can coarsen the MgSi phase which would crack easily under stress and lead to the decline of mechanical property.The corrosion resistance of Al⁃Mg⁃Si alloy is in inverse proportion to the content of Mg and Si associated with the density of the second phase.Corrosion always occurs in second phase or the matrix around them,while the quantity of second phase is in direct proportion to the element content,which means the alloy with higher content of Mg and Si is more susceptible to be corroded.Key words Al⁃Mg⁃Si alloy,corrosion process,mechanical property,corrosion resistance0 引言Al⁃Mg⁃Si 铝合金是一种典型的可热处理强化型合金,具有较高的比强度㊁良好的成型性㊁焊接性和耐蚀性,被广泛应用于建筑㊁交通及航空航海领域[1⁃2]㊂随着国内船舶事业的迅速发展和海洋环境复杂程度的提高,传统船用Al⁃Mg⁃Si 合金已不能满足目前对材料越来越高的综合要求㊂因此,在保证优良成型性能与铸造性能的基础上,研制兼具较高强度和优良耐蚀性能的高Mg ㊁Si 含量的Al⁃Mg⁃Si 合金,对船舶领域的发展有重要意义㊂Al⁃Mg⁃Si 合金的沉淀析出序列一般描述为:过饱和固溶体(SSSS)→纳米团簇→GP 区→β″→β′→β㊂其中单斜晶系的针状亚稳相β″对合金强化效果最明显[3⁃5]㊂在Al⁃Mg⁃Si 合金析出序列中,通常认为β″的元素构成为Mg 5Si 6,但有新的研究表明此亚稳相中应当还含有一定量的Al [6]㊂析出序列中生成的稳定相(β)成分是Mg 2Si,其Mg㊁Si 质量比为1.73,当质量比大于或小于1.73时存在过剩的Mg 或Si 都将对合金的析出过程产生影响㊂目前关于Mg㊁Si 含量对Al⁃Mg⁃Si合金性能的影响有大量的研究报道:过量的Mg 虽能提高合金的耐腐蚀性能,但会降低Mg 与Si 的固溶度,导致合金力学性能下降[7];过量的Si 能够降低GP 区与β″相中Mg㊁Si 的质量比,并增大β″相析出密度,增强对合金的时效强化效果,提高合金力学性能[8],但Si 的增加会提高合金的晶间腐蚀敏感性[9]㊂王姣等[10]的研究发现,Mg㊁Si 质量比为1.0时,即Si 过剩的情况下,Al⁃Mg⁃Si 合金兼具较高的强度和优良的耐腐蚀性能㊂目前国内外学者的研究主要集中于Mg㊁Si 质量比的变化及热处理工艺对Al⁃Mg⁃Si 合金力学性能与微观组织的影响,而本研究在确定合适的Mg㊁Si 质量比的基础上,研究了不同的Mg㊁Si 含量对Al⁃Mg⁃Si 合金力学性能㊁腐蚀性能与微观组织的影响,为制备具有较高强度和优良腐蚀性能的新型Al⁃Mg⁃Si 合金提供理论依据㊂1 实验本实验设计了Mg㊁Si 质量比为1.07的五种合金(成分见表1),合金原材料为高纯铝(99.99%)㊁高纯镁(99.99%)㊁铝硅(Al⁃20.9Si)㊁铝锰(Al⁃16Mn)㊁铝铬(Al⁃5Cr)㊁铝锆(Al⁃4Zr)㊁铝钛(Al⁃5Ti)等中间合金,熔铸过程在井式电阻炉中用石墨坩埚完成,熔炼温度为760~790℃,精炼除气㊁除杂后用水冷模浇铸成型㊂五种合金经490℃/36h 均匀化随炉冷却至室温,再进行铣面处理,之后进行530℃/4h 固溶处理,室温水淬后在鼓风时效炉中180℃时效不同时长㊂在HV⁃10B 型维氏硬度计上对时效不同时长的五种合金进行硬度测定,根据时效硬化曲线确定每种合金的T6热处理制度㊂在CSS⁃44100型万能拉伸机上进行室温拉伸实验,拉伸速率为2mm /min,拉伸试样标距为38mm×7.5mm㊂按2703照GB /T 7998⁃2005标准对试样进行晶间腐蚀实验,浸泡24h 后将腐蚀试样沿横截面切开并抛光,在Leica 型金相显微镜上观察腐蚀试样横截面形貌并测量腐蚀深度㊂合金T6态微观组织形貌及拉伸断口组织形貌可通过Quanta⁃200型环境扫描电子显微镜与FEI Tecnai G2F20型透射电子显微镜观测㊂表1 五种合金的化学成分(质量分数/%)Table 1 Content (wt%)of alloying elements in different alloys Alloy No.MgSiMnCrZrTi10.60.562 1.6 1.493 2.6 2.430.30.30.120.124 3.6 3.3654.6 4.302 结果与讨论2.1 合金时效硬化曲线五种不同成分合金的180℃时效硬化曲线见图1㊂五种合金的硬度曲线变化趋势类似,时效初期硬度急速上升,之后硬度的增大速率减缓,直至达到峰值硬度,峰值硬度维持一定的时间后,硬度开始缓慢下降㊂从图1可以发现:合金淬火态硬度随Mg㊁Si 的加入量增大而增大,1号合金淬火态硬度为52HV,2 5号合金淬火态硬度依次增大,5号合金淬火态硬度达到74HV㊂由于Mg㊁Si 含量增大,固溶过程中进入基体的合金元素越来越多,固溶强化效果增强导致合金硬度增大㊂随时效过程的进行,合金的硬度峰值与合金含量成正比,且达到峰时效状态的时长不断缩短㊂固溶后合金中溶质过饱和度越大,溶质原子析出驱动力越大,使β″相形核数增多,析出的β″相密度更高;同时,Si 含量的增加也能增大β″相的成核速率[11]㊂上述两种因素将提高合金的时效硬度,加快合金的时效析出动力学过程,缩短其达到峰时效状态的时长㊂本实验将各合金在180℃达到最大硬度值的工艺定为T6热处理㊂图1 五种合金在180℃下的时效硬化曲线Fig.1 Hardness curves of five alloys aged at 180℃2.2 Mg ㊁Si 含量对合金力学性能的影响对上述五种合金T6态下进行室温拉伸实验及拉伸断口观察,结果见图2和图3㊂由图2可知,当Mg㊁Si 含量(质量分数)从0.6%增大到4.6%时,合金的屈服强度㊁抗拉强度及延伸率均出现先增大后减小的趋势㊂从图3可以看出,五种合金均为韧性穿晶断裂,其中合金1和2为切断,宏观断裂面与主应力近似成45°角㊂从图3a㊁b 可以看到,韧窝属于拉长韧窝,大小不等,但深度很大,且两韧窝之间存在明显的撕裂棱(图3f),这种断裂方式的微观形变量最大,材料韧性最好[12]㊂3㊁4㊁5号合金为正断,宏观断裂面近似垂直于主应力方向;从图3c e 断口观察到的韧窝属于等轴韧窝,韧窝深度较浅,韧窝底部存在较大的第二相(图3g)㊂当材料内部存在大量粗大夹杂相,在受力时材料容易发生应力集中,使夹图2 T6态合金的拉伸性能Fig.2 Tensile properties of five alloys in peakaging图3 五种合金的断口形貌:(a)1号合金;(b)2号合金;(c)3号合金;(d)4号合金;(e)5号合金;(f)2号合金的高倍图;(g)5号合金的高倍图Fig.3 SEM images of fracture surfaces of five alloys:(a)alloy 1;(b)alloy 2;(c)alloy 3;(d)alloy 4;(e)alloy 5;(f)enlarged image of alloy 2;(g)enlarged image of alloy 53703Mg 、Si 含量对Al⁃Mg⁃Si 合金显微组织与性能的影响/任智炜等杂相周围的基体产生微裂纹或使夹杂相自身直接破裂,通过微裂纹直接相连的方式,微孔间快速形成裂纹(图3e),导致延伸率明显下降,进行此类型断裂方式的材料韧性较差㊂这与拉伸测试结果相符,1㊁2号合金延伸率明显高于其他合金试样㊂2.3 Mg ㊁Si 含量对腐蚀性能的影响五种合金经T6热处理后进行晶间腐蚀测试,对其截面进行金相显微镜观察(图4),结果发现五种合金出现了不同程度的晶间腐蚀㊂其中1号合金发生点蚀,腐蚀深度较浅且腐蚀面积较小㊂2号合金与3号合金发生典型的晶间腐蚀,腐蚀深度未出现明显增大,但腐蚀区域扩大,腐蚀沿着晶界向周围延伸,并且3号合金发生晶间腐蚀的间隔小于2号合金,3号合金出现较大面积的晶间腐蚀区域㊂4号合金(图4d)与5号合金(图4e)晶间腐蚀最深,深度均超过100μm,图4 五种合金晶间腐蚀的金相照片:(a)1号合金;(b)2号合金;(c)3号合金;(d)4号合金;(e)5号合金Fig.4 Intergranular corrosion photomicrographs of five alloys:(a)alloy 1;(b)alloy 2;(c)alloy 3;(d)alloy 4;(e)alloy 5且整个观察面均被腐蚀,甚至有部分晶粒从合金表面脱落,腐蚀程度最为严重㊂表2为五种合金的晶间腐蚀最大深度及等级,按照晶间腐蚀的最大深度及出现腐蚀的间隔来评定合金的晶间腐蚀敏感性,可得出此五种合金晶间腐蚀敏感性综合排序为1号合金<2号合金<3号合金<4号合金≤5号合金㊂可以看出,随着Mg㊁Si 含量的增大,晶间腐蚀敏感性逐渐增大㊂研究表明,Mg㊁Si 质量比小于1.73即Si 含量过剩时,在晶界上会析出MgSi 相和富Si 相[8]㊂其中MgSi 相电位最负,富Si 相电位最正,而α⁃Al 基体的电位介于两者之间㊂腐蚀过程中,MgSi相与其附近的α⁃Al 基体构成原电池,MgSi 相作为阳极发生点蚀,富Si 相与其附近的α⁃Al 基体构成腐蚀原电池,α⁃Al 基体作为阳极发生腐蚀[13]㊂表2 五种合金的晶间腐蚀深度及等级Table 2 The intergranular corrosion depth and level of five alloysAlloy No.Corrosion depth /μmCorrosion degree154.243252.363386.3234111.2745103.0842.4 Mg ㊁Si 含量对合金微观组织的影响图5为五种合金经T6热处理后的SEM 图片,可以看出1㊁2号合金中只有晶界上存在两种衬度的相,EDS 分析结果显示这两种相为富MgSi 相及AlFeMnSi 相;而在3㊁4㊁5号合金晶内也能够明显观察到灰色相的存在,EDS 分析结果显示该相为富MgSi 相,同时可以观察到浅白色雾状相,EDS 分析结果显示该相为富Si 相㊂晶界上的AlSiMnFe 相一般形成于熔铸以及对合金进行均匀化处理过程中,其可以在一定程度上减轻杂质Fe 带来的不利影响,且AlFeMnSi 相为高熔点相,在后续的热处理工序中不能消除[14]㊂在Al⁃Mg⁃Si 系合金中,Si会影响晶界及晶图5 五种合金T6态形貌图:(a)1号合金;(b)2号合金;(c)3号合金;(d)4号合金;(e)5号合金;(f)EDS 元素分析Fig.5 SEM morphologies of five alloys in peak aging:(a)alloy 1;(b)alloy 2;(c)alloy 3;(d)alloy 4;(e)alloy 5;(f)EDS mapping4703材料导报(B ),2019,33(9):3072⁃3076界周围富Si 相的析出行为,Si 含量越高,富Si 相越容易在晶界上析出,且晶内析出相越容易粗化[15]㊂从动力学角度考虑,晶界原子的能量高于晶内原子的能量,晶界原子活跃度更大,更容易扩散,同时晶界处可以提供异质形核核心,因此富Si 相易于在晶界处成形㊂同时,Si 溶质原子有从晶内向晶界扩散的趋势[15],故随着时效的进行,晶界处的Si 含量将高于晶内的Si 含量㊂对2号合金选取部分界面进行线扫描,结果如图5f 所示,可以看出Si 确实富集于晶界处㊂对比1号至5号合金,可以发现晶界及晶内的第二相数量呈现明显增多的趋势㊂1号合金(图5a)中,晶界存在Al⁃SiMnFe 相与MgSi 相;对比2号合金(图5b)和1号合金(图5a)可以发现,2号合金晶界上的灰色第二相MgSi 数量增多;3号合金(图5c)晶界上的第二相尺寸明显增大,且晶内出现较多的灰色MgSi 相;4号合金(图5d)与5号合金(图5e)晶内出现数量较多且体积较大的MgSi 相,这些尺寸较大的第二相对合金性能将产生负面影响,此外还发现有雾状Si 相的存在㊂析出的部分Si 单质有利于阻碍位错的发展[16],对提高材料硬度有积极作用㊂为进一步探究Mg㊁Si 含量对Al⁃Mg⁃Si 微观组织的影响,将1号㊁2号与5号合金经T6热处理后使用透射电镜以〈001〉Al 入射方向进行TEM 观察,结果分别如图6a㊁b 和c 所示㊂图6d 为从〈001〉Al 入射方向获得的选区电子衍射花样(SADP),其展示了β″相的衍射特征㊂图6 三种合金沿〈001〉Al 方向的TEM 明场相:(a)1号合金;(b)2号合金;(c)5号合金;(d)选区电子衍射花样Fig.6 Bright field TEM images of three alloys in viewing direction of 〈001〉Al :(a)alloy 1;(b)alloy 2;(c)alloy 5;(d)SADP从图6a c 可以看出,晶体内存在大量的针状相,结合图6d 衍射斑点中出现的十字星芒,可以判断此析出相为亚稳强化相㊂β″相主要沿〈001〉Al 方向析出[17],从TEM 图中能够观测到在此方向上β″析出相呈针状与圆球状两种形貌㊂在三种合金的明场像中,可以看出不同成分的合金晶内析出相的差别:在1号合金(图6a)中,β″相较稀疏,长度约为20nm;2号合金(图6b)中,β″相密度增大;5号合金(图6c)中,β″相几乎铺满整个视场,且尺寸明显增大,此外还能看到有部分β′相㊂这与力学性能测试结果一致:适当地增大合金含量能够提高晶内强化相的密度,对合金的力学性能有增强作用;但合金添加过量将导致合金强化相稳定性降低,在热力学角度将加速析出相由亚稳态向稳定态的转变[6],从而降低其对材料的强化作用㊂2.5 Mg ㊁Si 含量对合金腐蚀过程的影响图7为2号合金在3.5%(质量分数)NaCl 溶液中浸泡12h 与72h 后的腐蚀形貌(SEM 图)及选取部分点进行的能谱分析㊂从图7a 能够观察到腐蚀12h 后,发生腐蚀的地方为所标示的1和2处,对点1和点2进行能谱扫描,结果显示1处为MgSi 相,2处为AlFeMnSi相(图7c㊁d)㊂图7 合金在3.5%NaCl 溶液中浸泡(a)12h 和(b)72h 后的SEM 图及(c)点1处㊁(d)点2处㊁(e)点3处㊁(f)点4处的能谱分析Fig.7 Typical SEM images and corresponding EDS analyses after corroding in 3.5%NaCl for different times ((a)12h;(b)72h;(c)EDS analysis of point 1;(d)EDS analysis of point 2;(e)EDS analysis of point 3;(f)EDS analysis of point 4原先的MgSi 相周围出现了不规则且面积较大的腐蚀坑,这是因为MgSi 相发生了自腐蚀,MgSi 相被腐蚀溶解后原先占据的空间成为现在的腐蚀坑,而在腐蚀坑的底部还残留部分MgSi 相㊂在AlFeMnSi 相周围也有腐蚀坑,但是这里的腐蚀坑周围较光滑,腐蚀较为均匀,说明在AlFeMnSi 相周围发生的是基体的腐蚀㊂在腐蚀初期,发生腐蚀的是晶界上析出的MgSi 第二相及AlFeMnSi 杂质相周围的Al 基体,原因如下:由于MgSi 相的腐蚀电位高于α⁃Al 基体,MgSi 相作为阳极被腐蚀,MgSi 相中Mg 元素不断被溶解;AlFeMnSi 相作为富Si 相,腐蚀电位高于α⁃Al 基体,在腐蚀过程中AlFeMnSi 相作为阴极,α⁃Al 基体作为阳极,以AlFeMnSi 相为源头不断向周围α⁃Al 基体均匀腐蚀㊂从图7b 中可以看到,腐蚀沿着晶界发生,晶界上存在腐5703Mg 、Si 含量对Al⁃Mg⁃Si 合金显微组织与性能的影响/任智炜等蚀产物,对图7b中的点3进行能谱分析(图7e)发现,点3处主要含Al与Si,还有微量的Mg,说明点3原来是MgSi第二相,经过长时间的腐蚀后MgSi相中的Mg几乎溶解完全㊂当MgSi相中Mg溶解完全后,Si重新成团形成富Si颗粒[18](图7b中点4处),其分析结果如图7f所示㊂根据图5分析可知,Mg㊁Si含量的增大将导致晶界及晶内第二相尺寸增大㊁数量增多㊂因此当合金含量增大,在晶界及晶内析出的MgSi第二相及富Si相数量不断增加,当含量过高时,晶内MgSi第二相发生粗化㊂这两种因素将提高合金的晶间腐蚀敏感性,导致合金易发生晶间腐蚀行为㊂3 结论(1)在Mg㊁Si质量比固定的条件下,适当增加Mg㊁Si含量能增大晶内β″强化相密度,使合金的力学性能得到提升;当合金添加过量时,晶内β″相密度增大不明显,且发生MgSi 相粗化,从而导致合金力学性能降低㊂(2)在Al⁃Mg⁃Si合金腐蚀过程中,MgSi相和富Si相周围Al基体率先被腐蚀㊂MgSi相电位较低,腐蚀过程中作为阳极,Mg被不断溶解㊂富Si相电位较高,在腐蚀过程中作为阴极,以富Si相为源头不断向周围α⁃Al基体腐蚀,直到富Si颗粒脱落㊂随着Mg㊁Si含量的增大,合金晶界与晶内第二相数量增多㊁尺寸增大,腐蚀更容易发生,导致合金的耐腐蚀性能下降㊂(3)当合金Mg㊁Si含量(质量分数)分别为1.6%与1.49%时,合金中β″相均匀弥散地分布在晶内,此时晶内β″强化相密度较高,晶界上MgSi第二相数量较少,综合性能达到最优㊂参考文献1 Abid T,Boubertakh A,Hamamda S.Journal of Alloys and Compounds,2010,490(1),166.2 Warner T.Materials Science Forum,2006,519⁃521,1271.3 Buchanan K,Colas K,Ribis J,et al.Acta Materialia,2017,132,209. 4 Liu C H,Lai Y X,Chen J H,et al.Scripta Materialia,2016,115,150. 5 Jin S X,Ngai T,Zhang G W,et al.Materials Science&Engineering A, 2018,724,53.6 Ninive P H,Strandlie A,Gulbrandsen⁃dahl S,et al.Acta Materialia, 2014,69,126.7 Eckermann F,Suter T,Uggowitzer P J,et al.Electrochimica Acta, 2008,54(2),844.8 Gupta A K,Lloyd D J,Court S A.Materials Science&Engineering A, 2001,316(1),11.9 Zeng F L,Wei Z L,Li J F,et al.Transactions 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Al-Mg系合金中合金化元素作用及其对力学性能的影响
Al-Mg系合金中合金化元素作用及其对力学性能的影响赵飞;黄文森
【期刊名称】《贵州师范大学学报(自然科学版)》
【年(卷),期】2024(42)1
【摘要】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。
【总页数】13页(P1-11)
【作者】赵飞;黄文森
【作者单位】贵州大学材料与冶金学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG146
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固溶-时效对Al-Zn-Mg-Sc-Zr合金板材组织与性能的影响
固溶-时效对Al-Zn-Mg-Sc-Zr合金板材组织与性能的影响商宝川;尹志民;周向;何振波;林森【摘要】采用力学性能、电导率测试、金相和电子显微分析技术,研究固溶-时效处理对Al-Zn-Mg-Sc-Zr铝合金板材组织与性能的影响.结果表明:Al-Zn-Mg-Sc-Zr 合金板材的最佳热处理制度为(470 ℃,1 h,水淬)+(120 ℃,24 h);在此条件下,合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率、硬度和电导率分别为587 MPa、564 MPa、8.95%、155HB和34.5%(IACS);固溶过程中,适当提高固溶温度或延长固溶时间,合金中过剩相逐渐减少,基体过饱和程度增加;时效过程中,固溶体析出η' (MgZn2)和η (MgZn2)相,随时效时间延长,晶内析出相η'粗化,晶界上平衡相也粗化,与此同时,晶界无析出带宽化;合金的高强度来源于微量Sc、Zr引起的亚晶强化、Al3(Sc,Zr)粒子和η'相的析出强化.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2010(020)011【总页数】7页(P2063-2069)【关键词】Al-Zn-Mg合金;固溶;时效;组织;力学性能;电导率【作者】商宝川;尹志民;周向;何振波;林森【作者单位】中南大学,材料科学与工程学院,长沙,410083;中南大学,材料科学与工程学院,长沙,410083;中南大学,材料科学与工程学院,长沙,410083;东北轻合金有限责任公司,哈尔滨,150060;东北轻合金有限责任公司,哈尔滨,150060【正文语种】中文【中图分类】TG146.2俄罗斯全俄轻合金研究院与全俄复合材料研究院合作，在中强可焊Al-Zn-Mg合金基础上，复合添加钪、锆开发了一种新型可焊Al-Zn-Mg-Sc-Zr合金，它是航空航天工业一种有发展前景的高强耐蚀可焊结构材料，还可用作舰船、舟桥、地翼船等的装甲板[1−3]。
7xxx系合金是典型的时效强化型合金，同一合金采用不同的固溶时效处理制度，可使合金的性能产生显著的差异，而无论是过时效处理，还是回归再时效处理，都是在T6处理基础上完成的，因此，确定合理的固溶时效处理制度就变得非常重要。
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
精 密 成 形 工 程第16卷 第5期 48JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2024年5月收稿日期：2024-01-29 Received ：2024-01-29基金项目：国家重点研发计划（2022YFB4602300）Fund ：National Key R&D Program of China (2022YFB4602300) 引文格式：段宇航, 王磊磊, 郝璐静, 等. 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[J]. 精密成形工程, 2024, 16(5): 48-54.DUAN Yuhang, WANG Leilei, HAO Lujing, et al. Effect of Heat Treatment Aging Time on Tensile Properties of Laser Additive Manufactured Al-Mg-Sc-Zr Alloy[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(5): 48-54. *通信作者（Corresponding author ）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段宇航，王磊磊*，郝璐静，原帅超，赵艳秋，占小红（南京航空航天大学 材料科学与技术学院，南京 211106）摘要：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 3Sc 、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 3Sc 、Al 3(Sc,Zr)强化相尺寸明显增大，最大尺寸可达0.6 μm 。
铝钪合金突出的性能表现
铝钪合金突出的性能表现一、铝钪合金的超塑特性：Al-Mg-Sc合金的超塑性，其超塑特性不需要预处理工艺，容易实现工业生产和应用。
因此，用此种材料成型一些特殊部件应用于航空航天工业，有很好的应用前景。
在相同条件下，可以看出，微量Sc 和Zr添加到Al-Mg合金中能够显著提高超塑变形能力，Al-Mg-0.5Sc 合金在399℃、应变速率为0.01%的条件下，延伸率从194%提高到1020%，增加了5倍。
（如下图表）二、铝钪合金的耐蚀特性：剥落腐蚀是变形铝合金的一种特殊腐蚀变形。
腐蚀沿着板材轧制方向由表面开始，并沿着平行与表面的晶界扩展，当腐蚀穿过整个扁平晶粒结构，腐蚀产物使表层未腐蚀的金属锲开鼓起，致使其从基体金属剥落，产生连续或者不连续的鼓泡、碎末、裂开。
合金经热轧-冷轧成板材，之后在340℃/1h稳定化退火，未添加钪的Al-6Mg-Zr合金经过6h剥蚀敏感性腐蚀实验后，试样的表面出现零星分散的微小点蚀坑，12h后点蚀坑数目有所增多，此时金属表面已经发灰；随着腐蚀周期的延长，点蚀数目逐渐增加，孔径有所增大。
到48h后，个别蚀孔附近已开始起泡、鼓突。
而添加钪的Al-6Mg-Zr-Sc 合金，在48h腐蚀试验周期内表面都没有点蚀发生，只有金属色泽有所变暗。
添加了钪的合金中形成了Al3（Sc，Zr）第二相，它能细化晶粒，阻止亚晶结构和位错的运动，有效地抑制β相在晶界处的析出和聚集，β相析出量也就相对较少，在整个合金基体中呈不连续分布，且更离散，更细小。
从而使Mg含量很高的Al-6Mg-Zr合金仍然保持均匀的组织，减少了结构缺陷，使氧化膜较难破裂并且容易得到修复，因而增强了铝合金的耐腐蚀性能。
铝钪合金抗应力腐蚀特性。
原始基础合金材料抗应力腐蚀寿命（SCL）只有1天，加入过渡元素Mn和Zr后，SCL平均延长到17天，而加入Sc或者Sc和Mn一起添加的合金，五个试样均超过了90天未断。
三、铝钪合金的焊接特性对于Al-Mg-Li-Sc系合金，通常采用含Sc量与基材相当或略高于基材的铝合金焊丝来焊接，这样基材和焊丝之间相容性好，焊缝的强度高、抗裂性也好。
Mg、Si元素对Al—Mg—Si合金性能影响探讨
Mg、Si元素对Al—Mg—Si合金性能影响探讨文章研究了Mg、Si元素对Al-Mg-Si合金性能影响，重点分析Mg/Si对Al-Mg-Si合金导线在时效过程中导电率及显微硬度的影响。
利用示差扫描量热法（DSC）及透射电子显微镜（TEM）方法分析，探索镁硅比对Al-Mg-Si合金导线性能影响的内在机理。
标签：Al-Mg-Si合金；镁硅比；Mg5Si6；时效；导电率；硬度引言自从1898年美国正式使用纯铝线做架空绞线和1921年出现Aldrey铝合金以来，铝作为导体在电气工业中被大量应用。
铝合金克服了纯铝绞线的强度底、蠕变性、耐热性能差等缺点，使导电用铝合金发展更为迅速。
铝合金芯铝绞线（ACAR）在北美的美国、加拿大等国得以大量应用。
为实现可持续发展，履行国企社会责任，国网公司近年来积极推进“新材料、新技术和新工艺”应用，建设环境友好和资源节约型电网。
节能导线作为输电线路最有效的节能降耗措施正在逐步推广，其中导电率52.5%高强度铝合金及导电率58.5%IACS中强度铝合金在高压、超高压、特高压输等输电线路工程中得以广泛使用。
近年来铝合金产品也得以迅速批量应用，其中高强度铝合金的导电率52.5%、53%IACS两个等级，中强度铝合金的导电率58.5%IACS，与国外先进技术相比还有一定的提升空间。
虽然我国铝合金制造水平得以发展迅速，但受研发仪器、研发能力的限制，在电工材料用铝合金的技术一直未有较明显的突破，公司与澳大利亚莫纳什大学合作，对合金导电性能的提升做相关技术研究。
1 合金强化原理铝镁硅系合金导线是一种可热处理强化型铝合金导线，在人工时效过程中析出强化是其主要的强化手段之一。
在人工时效过程中，主要发生点缺陷的消失、固溶原子脱溶、析出相的形核长大以及位错回复现象。
固溶原子对铝合金导线导电率的影响要远大于析出相的影响，因此铝镁硅系合金导线的时效过程是导电率不断升高的过程。
固溶态Al-Mg-Si合金杆在时效过程中依次析出GP区、β” （Mg5Si6）、β’及β相（Mg2Si），其中β”相呈针状并与基体存在共格关系，时效硬化效应最明显，是峰时效时的产物，随着时效时间的进一步延长，由于新相的产生及长大，新的析出相逐渐失去了与基体的共格关系，时效硬化效应下降，进入过时效阶段。
Si、Mg含量变化对Al-Mg-Si-Li合金组织和性能的影响
Ｅｆｅ ｔｏ ｉａ ｇ Ｌｅ ｅ ｎ Ｍ ｉｒ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｄ ｆ ｃ ｆＳ ｎｄ Ｍ ｖ ｌｏ ｃ ｏ ｔ ｕ ｔ ｒ ｎ
Ｐｒ ｐｅ ｔｅ ｆＡｌＭ ｇ Ｓ ・ ｌ ｙ ｏ ｒｉｓｏ ＿ － ｉＬｉＡｌｏ ｓ
Ｐ ｎ － ａ ，ＱＩ Ｚｈ ｎ，Ｚ ＡＮ Ｙｉ ｇｃ ｉ ＡＯ ｅ ＨＡＯ ｈ ｎ － ｕ Ｚ ｏ ｇｋ ｉ
了具 有高 Ｌ 和 Ｓ 含 量 的系 列 铝 合 金 ， 有 低 密 ｉ ｉ 具 度 ， 的 弹 性 模 量 和 高 的 比模 量 。Ｉ Ｇ． ｕ ｏ 高 ． Ｒ ｓｖ 等＿ 研 究 了合 金成 分 （ ４ ］ 质量分 数） １ ２ １ ７ ９ 为（ ． ～ ． ）／ ６
Ｌ 、 １ ． ～１ ． ） Ｓ 、４ ５ ６ ４ Ｍｇ的铝合 ｉ（ ３ ８ ５ Ｏ ｉ（ ． ～ ． ） 金 的组织 、 显微硬 度 和抗拉 强度 。
强化 作用 ， 量则对 合金 性能不 利 ， 控 制 Ｍｇ质 过 应
量 分 数 在 ０ ５ ～ ３ ０ Ｅ 。ＡＩ ｉ 金 中 加 入 ． ． ｌ ｉ — 合 Ｓ
５℃ ， 温 ３ ｎ 水 淬 ， 后 再在 箱 式 电 阻炉 进 保 Ｏｍｉ ， 然
行 ２ ０℃时效 处理 。 ０
Ｌ ， 以大 大 降 低 合金 密 度 ， 高力 学 性 能 。Ａｌ ｉ可 提 —
ｐｒ ｐｅ ｔｅ ｏ ｒｉｓ
收 稿 日期 ： ０ １Ｏ—８ ２ １ 一９２ 基 金 项 目 ：山东 省 优 秀 中青 年 科 学 家科 研 奖 励 基 金 项 目（ ０ ６ Ｓ ０ ４ ７ ２０Ｂ Ｂ １１） 作 者 简 介 ： 英 才 （ ９ ６ ） 男 ， 士 研 究生 ． 潘 １８一 ， 硕
ｐ ｏ ｓｈ ｒｉ ｇ ｏ ｅ Ｍ ｇ ｉ ｈ ｓ ｐ ｅ ｒ ｎ ｔ ｅａｌｙ ｙ ｅ ｃ ｓｉｅ Ｍ ｇ ｏ ｒａ ｅ ｒｎ ｂ ｎ ２ ａ ｅ ａ ｐ ａ ｓｉ ｈ ｌ ｓｂ ｘ ｅ ｓｖ Ｓ ｐ ｏ ．
Al-Mg系合金中合金化元素作用及其对力学性能的影响
第４２卷第１期２０２４年１月 贵州师范大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｕｉｚｈｏｕＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ）Ｖｏｌ．４２．Ｎｏ．１Ｊａｎ．２０２４引用格式：赵飞，黄文森．Ａｌ Ｍｇ系合金中合金化元素作用及其对力学性能的影响［Ｊ］．贵州师范大学学报（自然科学版），２０２４，４２（１）：１ １１．［ＺＨＡＯＦ，ＨＵＡＮＧＷＳ．ＴｈｅｒｏｌｅｏｆａｌｌｏｙｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎＡｌ Ｍｇａｌｌｏｙｓａｎｄｔｈｅｉｒｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒ ｔｉｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｕｉｚｈｏｕＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ），２０２４，４２（１）：１ １１．］Ａｌ Ｍｇ系合金中合金化元素作用及其对力学性能的影响赵 飞，黄文森（贵州大学材料与冶金学院，贵州贵阳 ５５００２５）摘要：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。
关键词：Ａｌ Ｍｇ系合金；合金化；强化机制；力学性能中图分类号：ＴＧ１４６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—５５７０（２０２４）０１－０００１－１１ＤＯＩ：１０．１６６１４／ｊ．ｇｚｎｕｊ．ｚｒｂ．２０２４．０１．００１ＴｈｅｒｏｌｅｏｆａｌｌｏｙｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎＡｌ ＭｇａｌｌｏｙｓａｎｄｔｈｅｉｒｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓＺＨＡＯＦｅｉ，ＨＵＡＮＧＷｅｎｓｅｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ＧｕｉｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ，Ｇｕｉｚｈｏｕ５５００２５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｌ Ｍｇａｌｌｏｙｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｍｅｔａｌｍａｔｅｒｉａｌｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｍａｔｅｒｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｔｂｅｌｏｎｇｓｔｏｔｈｅｍｅｄｉｕｍａｎｄｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ，ｗｉｔｈｈｉｇｈｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ，ｇｏｏｄｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｅｘｃｅｌｌｅｎｔｗｅｌｄａｂｉｌｉｔｙａｎｄｏｔｈｅｒａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｌｙｈａｓｂｒｏａｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｓｉｎａｅｒｏ ｓｐａｃｅ，ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎａｎｄｍｉｌｉｔａｒｙｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄａｐ ｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆａｌｕｍｉｎｕｍ ｍａｇｎｅｓｉｕｍａｌｌｏｙｓ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｎＡｌ Ｍｇａｌｌｏｙｓ，ｆｏ ｃｕｓｅｓｏｎｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｌａｗａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｍａｉｎａｌｌｏｙｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔＭｇａｎｄｉｔｓｃｏｎｔｅｎｔｏｎｍｉｃｒｏ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｎＡｌ Ｍｇａｌｌｏｙｓ，ａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｓｉｎｄｅｔａｉｌｔｈｅｒｏｌｅｏｆＭｎ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｓｃ，Ｅｒ，ＹａｎｄｏｔｈｅｒｍｉｃｒｏａｌｌｏｙｅｄｅｌｅｍｅｎｔｓｏｎｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＡｌ Ｍｇａｌｌｏｙｓ．Ｆｉ ｎａｌｌｙ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓｏｆＡｌ Ｍｇｓｅｒｉｅｓａｌｌｏｙｓ，ｔｈｅｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓａｒｅｐｒｏ ｐｏｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｌ Ｍｇａｌｌｏｙｓ；ａｌｌｏｙｉｎｇ；ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ１收稿日期：２０２３－０８－１８基金项目：贵州省重点基金（黔科合基础－ＺＫ［２０２２］重点０２３）；贵州省百层次创新型人才（黔科合平台人才（２０１６）５６５４）作者简介：赵 飞（１９７８－），男，博士，教授，博士生导师，研究方向：高性能金属结构材料、材料加工工艺，Ｅ ｍａｉｌ：ｆｚｈａｏ＠ｇｚｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．０ 引言降低能耗，减少环境污染以及节约资源是全球面临的一个十分重要而紧迫的课题，轻量化材料的使用是提高燃油经济性、降低能耗、减少污染的重要举措［１］。
Si对压铸Mg-5Al-xSi合金组织和性能的影响
上海交通大学硕士学位论文Si对压铸Mg-5Al-xSi合金组织和性能的影响姓名：张赟龙申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：刘六法20060101摘要镁合金密度小、阻尼性能好、比强度和比刚度高等特点，被认为是21世纪最具有商业应用前景的轻质金属结构材料。
近年来，随着汽车等交通工具轻量化要求的日益迫切、镁合金性能的不断提高和镁合金压铸技术的显著进步，压铸镁合金的用量持续增长。
据报道，世界范围内作为工程结构件的镁合金产品中98%来自于压铸行业，而其中的70%以上又用于汽车行业。
因此研究压铸条件下镁合金的组织与性能对镁合金的工业应用具有重要意义。
Mg-Al-Si系(AS系)合金是德国大众汽车公司开发的压铸镁合金，目前常用的压铸镁合金牌号有AS41(Mg-4Al-1Si)和AS21(Mg-2Al-1Si)两种。
本研究以综合机械性能和铸造性能较好的AM50镁合金为基础合金，研究了在压铸条件下不同含量的Si元素对合金组织与性能的影响。
为此，本文设计了通过压铸成型的Mg-5Al-xSi（x=0%, 0.5%, 1.0%, 2.0%）四种不同成分的合金，在运用光学金相分析、扫描电镜（SEM），电子束微区分析（EDS），等离子耦合光谱（ICP）等多种分析和测试手段全面测试了他们的室温、高温力学性能、流动性能、硬度、冲击韧性、耐腐蚀性能的同时，对所设计合金的组织结构与力学性能、流动性能、硬度、冲击韧性、耐腐蚀性能之间的关系进行了系统的研究。
研究发现，在压铸Mg-5Al-xSi合金中，观察到两种不同形貌的Mg2Si相：当Si含量为0.5%、1.0%时，呈现为多边形颗粒状的Mg2Si相；当Si含量为2.0%时，呈现为多边形颗粒状与大块汉字状并存的Mg2Si相。
由于细小颗粒状的Mg2Si具有钉扎位错的作用，使得合金在Si含量小于 1.0%时室温、高温的力学性能都有明显的提高，而大块汉字状的Mg2Si相与基体的界面处很容易产生微裂纹，内部也存在较多的裂纹源，所以Mg-5Al-2.0Si合金的力学性能急剧下降。
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第5卷 第4期1997年12月材 料 科 学 与 工 艺M A T ER I AL SC IEN CE &T ECHNOLO GYV o l 15 N o 14D ec . 19971997-06-213国家自然科学基金资助项目潘青林.博士生,副教授,中南工业大学材料系 410083Sc 对A l -M g 合金组织与性能的影响3潘青林 高拥政 尹志民 左铁镛(中南工业大学,长沙 410083)摘 要 采用铸锭冶金法制备了三种A l 2M g 2Sc 合金。
研究了Sc 对A l 2M g 合金拉伸性能和显微组织的影响。
结果表明:在A l 2M g 合金中添加微量的Sc ,可提高合金的强度,细化合金的晶粒组织;Sc 含量越高,合金强度提高的幅度越大,晶粒细化效果越显著;Sc 的加入还使合金中析出A l 3Sc质点,对位错和亚晶界起钉扎作用,抑制合金的再结晶。
关键词 A l 2M g 2Sc 合金;显微组织;力学性能;强化分类号 TG 146.2 在铝合金中添加微量的Sc ,可提高其强度和韧性,改善合金的耐热性、耐蚀性和可焊性。
国内外学者对此进行了大量的研究[1～4]。
从研究结果来看:一致认为Sc 在发展航天、核能和舰船等用新型铝合金结构材料方面是一个极有潜力的微合金化元素。
有人曾对某一具体成份的A l 2M g 2Sc 合金的显微组织与力学性能做过研究[5～6],但对Sc 含量如何影响A l 2M g 合金的组织与性能以及在不同状态下合金组织与性能的关系未做探讨。
本文报道了Sc 对不同状态(铸态、热轧态、冷轧态和退火态)A l 2M g 合金拉伸性能与晶粒组织的影响,并讨论了Sc 的合金中的存在形式和强化机理。
1 材料制备与实验方法以纯铝(9917%)、纯镁(99192%)和A l 2Sc 3122%中间合金为原料,采用铸锭冶金法制备出实验用三种合金,其名义成分与实际成份见表1。
合金制备的工艺规程为:熔铸(730～750℃)→均匀化退火(470℃,13h )→铣面→热轧(450℃,变形率80%)→冷轧(变形率45%)→退火(340℃,1h )。
拉伸试验在W D 210A 电子万能材料试验机上进行,应变速率为1.06×10-3S -1,试样翷YV ER -M ET 光学显微镜下用偏光观察。
透射电镜样品经机械减薄后双喷穿孔而成,电解液为30%硝酸甲醇,温度为-25℃,显微组织观察在H 2800透射电镜上进行。
表1 实验用合金的化学成分(wt %)Table 1 Che m ical co m position of the sutdied alloys(wt %) 合 金M g ScFe +Si A lA :A l -5M g 4152<0128余量B :A l -5M g -012Sc 41370117<0128余量C :A l -5M g -014Sc41430141<0112余量2 实验结果211 Sc 对合金拉伸性能的影响三种合金(A 、B 、C )在铸态、热轧态、冷轧态和退火态(340℃,1h )下的拉伸性能见表2。
由表可以看出:在A l 25M g 合金(合金A )中添加微量的Sc 前提高其屈服强度Ρ0.2和抗拉强度Ρb ,合金的延伸率∆略有下降。
在合金A 中加入Sc 012%,铸态下合金的屈服强度提高得不明显,仅为12M Pa ,而添加Sc 014%后,合金的屈服强度明显提高,为95M Pa ;热轧和冷轧变形后,合金B 的屈服强度比合金A 提高约为35M Pa ,而添加Sc 014%的合金C 的屈服强度得到大幅度提高,比合金A 提高约138～163M Pa ;经340℃退火1h 后合金B 和C 的屈服强度比合金A 分别提高28M Pa 和100M Pa 。
可见在A l ～M g 合金中添加Sc 012%,不同状态下合金的Ρ012提高幅度不大(12～35M Pa ),而添加Sc 014%后合金的Ρ012得到显著提高(95～163M Pa )。
表2 三种合金在不同状态下的拉伸性能Table 2 Ten sile properties of the studied alloys 合金状态Ρb ,M PaΡ012,M Pa∆,%AB C AB CABC铸 态207222294197119202161815141417热轧态261296424115182293251818111610冷轧态3453814832863364261216915716退火态282304358124152224251*********212 Sc 对合金晶粒组织的影响图1为三种合金在铸态下的晶粒组织。
由图可以看出:Sc 可细经A l 2M g 合金的晶粒,Sc 含量越高,对合金的细化作用越强,合金的晶粒越细。
在合金A 中添加Sc 012%后合金的晶粒稍有细化(图1b ),而添加Sc 014%后合金晶粒的细化效果非常明显,并且枝晶组织完全消除,为细小的等轴晶。
图1 三种合金的铸态晶粒组织(a )合金A (b )合金B (c )合金C F ig 11 Op tical m icrograph s ,cast state 图2为三种合金经热轧变形后的晶粒组织。
可见合金A 热轧后变发生了再结晶(图2a ),再添加Sc 的合金热轧后晶粒沿轧向被拉长压扁而呈纤维状(图2b 、c ),Sc 含量越高,纤维组织越细密,表明含Sc 的A l 2M g 合金在热轧变形过程中再结晶被抑制。
冷轧变形后三种合金的晶粒均沿轧向进一步拉长,纤维组织更细密。
图3为三种合金冷轧板材经340℃退火1h 后的晶粒组织。
由图可知:合金A 已发生完全再结晶,并且晶粒稍有长大(图3a ),合金B 的晶粒为部分再结晶组织(图3b ),而合金C 为典型的纤维状组织,未发生再结晶(图3c ),表明添加Sc 的合金在退火过程中能抑制再结晶,提高再结晶・01・材 料 科 学 与 工 艺第5卷图2 三种合金热轧态的晶粒组织(a)合金A (b)合金B (c)合金CF ig12 Op tical m icroaph s,w o r m2ro lled alloys图3 三种合金经340℃退火1h的晶粒组织(a)合金A (b)合金B (c)合金CF ig13 Op tical m icrograph s of the studied alloys after annealing at340℃fo r60m in 温度。
Sc含量越高,合金越难发生再结晶。
3 分析与讨论由实验结果可知:在A l2M g合金中添加微量的Sc(0.2%～0.4%),可细化合金的晶粒组织,抑制合金的再结晶,从而强化合金基体。
实验观察表明:Sc在A l2M g合金中主要以两种形式存在:一种是合金结晶时析出的初生A l3Sc颗粒,在凝固过程中可成为有效的晶粒核心,细化合金的铸态晶粒,如图4中方块状或三角形状化合物,经EDA X能谱分析证实该化合物为A l3Sc化合物(图5)。
另一种是合金铸锭在均匀化退火和随后的热轧变形过程中从过饱和的固溶体中的析出的次生A l3Sc质点,它非常细小,约20m,弥散分布在合金的基体上,具有L12型结构,与基体共格。
次生A l3Sc对位错和亚晶界具有强烈的钉扎作用(图6a,b),能有效地阻止亚晶的迁移合并,从而稳定亚组织结构并抑制合金的再结晶。
由此可・11・第4期潘青林等:Sc对A l-M g合金组织与性能的影响图4 初生A l 3Sc 质点,铸态F ig 14 A l3Sc particles in alloy C ,cast state图5 图4中方块相的EDA X 图谱F ig 15 EDA X pattern of the particles in F ig .4图6 次生A l 3Sc 质点钉轧位错(a )和亚晶界(b )F ig 16 M o rpho logy of A l 3Sc p reci p itates in alloy C ,show ing A l 3Sc partiles p inning dislocati on (a )and subgrain boundary (b )知:Sc 对A l 2M g 合金的强化作用主要包括:初生A l 3Sc 颗粒的细晶强化以及次生A l 3Sc 质点的弥散析出强化和抑制再结晶所产生的亚结构强化。
Sc 含量越高,强化效应越量著,对合金强度的贡献也就越大,因此合金C 的强化效果远大于合金B 的强化效果。
4 结 论(1)在A l 2M g 合金中添加微量的Sc 可提高合金的强度,Sc 含量越高,强度提高幅度越大。
(2)Sc 的加入细化了A l 2M g 合金的晶粒组织,Sc 含量越高,晶粒细化效果越显著。
(3)Sc 的加入使合金在热轧变形和退火过程中析出A l 3Sc 质量,强烈钉扎位错和亚晶界,有效地抑制合金的再结晶。
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