Sc、Zr微合金化对Al-Cu-Mg合金组织与性能的影响

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Al-Cu-Mg合金由于低密度、良好的强度与成型工艺性,广泛应用于汽车、船舶、建筑与航空航天等领域。随着新技术的不断发展,对铝合金强韧化提出了更高的要求。稀土元素Sc是改善Al合金组织进而提高合金性能最为有效的微合金化元素,但是其高成本限制了它的推广应用。本文采用复合添加Sc、Zr,研究Sc/Zr比对Al-Cu-Mg合金组织与性能的影响,以期达到降低成本,提高材料性能的目的。本文选用Al-Cu-Mg合金,通过均匀化处理、轧制变形、固溶处理与时效处理,研究不同Sc+Zr添加量对合金组织与力学性能的影响;在硬度达到峰值的时效状态下,研究了晶界析出相成分、晶间腐蚀、极化曲线、腐蚀前后拉伸性能损失率与晶间腐蚀截面形貌演变过程,探讨Sc+Zr添加量对Al-Cu-Mg合金组织、力学性能与腐蚀性能的影响,在此基础上分析Sc、Zr的作用机理;为了进一步提高材料性能,研究了双级均匀化与预变形对含0.1wt.%Sc与0.2wt.%Zr的Al-Cu-Mg合金组织与性能的影响,探明了合金的强化机制。研究结果表明,Sc、Zr复合微合金化可以消除铸态合金中的枝晶组织、细化晶粒、抑制再结晶,提高合金的拉伸性能。添加0.1wt.%Sc与0.2wt.%Zr后,Al-Cu-Mg合金具有良好的综合力学性能。通过进行双级均匀化处理,轧制变形、固溶处理、30%预变形与峰时效处理,使Al-4.0Cu-2.0Mg-0.1Sc-0.2Zr(wt.%)合金获得优异的综合力学性能,其抗拉强度达588MPa,屈服强度560MPa,延伸率9.6%,屈强比达0.95。相比于进行单级均匀化处理与无预变形的相同状态合金,抗拉强度提高了34.9%,屈服强度提高了67.7%,屈强比由0.76提高至0.95。微量添加Sc、Zr可以使合金晶界析出相呈现断续分布、晶界析出相中Mg含量与Mg/Cu比提高,合金的晶间腐蚀截面形貌由原来表面腐蚀孔较小,内部腐蚀严重的“底切型”转变为“椭圆型”,从而提高合金的耐蚀性能,添加0.2wt.%Sc+0.4wt.%Zr时合金的耐蚀性能提高显著。
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