Y微合金化对800MPa强度级超强铝合金组织性能的调控

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迄今为止,对熔铸制坯的800MPa强度级铝合金的研究无论是国内还是国外都是极为少见。研制更高强度级的高强铝合金一直都是世界各国重视发展的高技术领域。本文研究了Y微合金化及时效制度设计对Al-11.0Zn-3.1Mg-1.22Cu-0.1Sr-0.2Zr-0.1Ti(名义成分)800MPa强度级铝合金组织性能的调控,所开展的研究工作和取得结果如下:(1)研究了三种稀土元素(Y、La、Er)微合金化对800MPa强度级铝合金组织性能的调控。结果表明,在经过0.15wt.%Y、0.15wt.%La、0.15wt.%Er微合金化后,铸态合金的晶粒尺寸得到明显细化;经过均质化退火、挤压、固溶、T6时效后,0.15wt.%Y元素微合金化的合金综合性能最高,其抗拉强度为749.403MPa、断后伸长率为7.4%、晶间腐蚀最大深度为95.33μm。(2)研究了Y元素含量(0、0.15、0.30、0.45wt.%,名义含量)对800MPa强度级铝合金组织性能的调控。结果表明,随着Y元素含量的增加,T6态合金的抗拉强度不断提高、塑性先增后降、抗晶间腐蚀性能不断提高。在Y元素含量为0.45wt.%时,合金的成分为Al-11.1Zn-3.1Mg-1.2Cu-0.097Sr-0.204Zr-0.081Ti-0.45Y,T6态合金的抗拉强度达到780.430MPa、断后伸长率为5.6%、晶间腐蚀最大深度为89.29μm。TEM分析表明,晶内析出相都为GP区+η’相;随着Y元素含量增加,GP区尺寸减小、数量增加,η’相数量增加,与合金的强度提升规律一致;添加Y元素后,(亚)晶界析出相分布由连续向不连续转变,与合金抗晶间腐蚀性能的提高总体上一致;过量的Y元素会和Al、Cu元素形成2μm尺度的Al6Cu6Y化合物。(3)研究了时效制度设计对Y微合金化800MPa强度级铝合金组织性能的调控。结果表明,在T6(121℃×24h)、T6I4-4(121℃×4h(室温水淬)+65℃×120h)、T6I4-6(121℃×6h(室温水淬)+65℃×120h)、T6I4-8(121℃×8h(室温水淬)+65℃×410h)四种时效制度中,Al-11.1Zn-3.1Mg-1.2Cu-0.097Sr-0.204Zr-0.081Ti-0.45Y合金在经过T6I4-6时效后综合性能最佳,合金的抗拉强度为797.932MPa、断后伸长率为6.0%、晶间腐蚀最大深度为83.78μm。TEM分析表明,T6I4时效制度的第一阶段时长从4h到6h再到8h,合金晶内析出相分别为GP区、GP区+η’、GP区+η’+η,与合金强度变化规律一致;在四种时效制度中,(亚)晶界析出相的不连续性的提高,与合金的抗晶间腐蚀性能的提高一致。综上所述,Y微合金化可以显著地提升了800MPa强度级铝合金的组织性能,Y元素含量为0.45wt.%时合金的性能最佳;时效制度设计可以显著调控晶内晶界析出相,从而显著调控合金的性能。相关微结构特征、成分设计、熔铸技术、均质化工艺、塑性变形加工工艺、固溶处理工艺、时效制度设计为后续更高性能铝合金的设计与制备提供了理论依据。
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