Al-5.0Cu-(0.3 Sc)合金的时效析出行为研究

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:alexzc1984
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Al-Cu合金作为一种密度小、比强度高的可热处理合金,由于其综合性能优良而受到广泛关注。本文采用SEM扫描技术、HAADF-STEM成像表征技术、EDS能谱分析结合显微硬度测试和室温拉伸试验以及第一性原理计算,对Al-5.0 Cu-(0.3 Sc)(wt.%)合金不同温度下的时效析出行为进行了研究,揭示了两种合金高温时效时θ′相的析出序列,深刻理解了合金的微观结构和力学性能两者间的关系,并探讨了Sc的微合金化机制,得出了以下主要结论:(1)Al-Cu合金在高温时效时(≥200 oC),θ′相存在自己独特的高温析出前驱相--θ′HTP相,200oC时效时,θ′相存在两条析出路径:SSSS→θ″→θ′,SSSS→θ′HTP→θ′;250 oC时效时,仅析出θ′HTP相作为θ′相的前驱相,由θ′HTP→θ′的演变不需要改变析出相的形态和界面结构而以一种遗传学的方式进行,最后θ′相形成“类块状θ′相结构”界面也就是“(100)θ′HTP-Cu-Al面”结构。(2)Sc在Al-Cu合金中的存在方式呈现多样性:在凝固或者均匀化、固溶等热处理过程中形成Al3Sc弥散体;固溶于Al基体中,为后续时效析出奠定基础;部分Sc会在熔体结晶时也会形成对合金性能不利的W相,该相经过后续热处理难以消除,对后续时效过程产生负面影响。(3)微量Sc的添加,减缓了合金中低温度时效过程中的时效响应速度,延缓了析出相的衍变速度,在150oC析出的GPII区数量与Al-Cu合金相比较少,在180oC析出的θ″相数量较少并且没有θ′相的析出,因而Al-Cu-Sc合金时效硬化能力相对于Al-Cu合金有所削弱。(4)微量Sc的添加,强烈抑制了Al-Cu合金高温时效过程中θ′HTP相的析出,从而改变了Al-Cu-Sc合金中θ′相的析出路径。200 oC时效时,θ′相的析出路径为:SSSS→θ″→θ′;250 oC时效时,θ′相存在自己的高温前驱相-Pre-θ′相,演变路径为:SSSS→Pre-θ′→θ′,此时的θ′相的厚度只有2 Cθ′厚。Al-Cu-Sc合金中的θ′相在后续时效过程中难以粗化,从而保证了合金强度基本保持不变。
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