微量Sc对Al--Zn--Mg--Cu--Zr合金组织与性能的影响

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Al-Zn-Mg-Cu系铝合金由于具有良好的综合力学性能和耐蚀性,在航空航天以及水陆交通等领域具有广泛应用。微合金化可以有效提高铝合金性能。在铝合金中加入Sc可以细化合金晶粒、抑制合金再结晶和提高合金性能。
  本文在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中添加不同含量的Sc,借助场发射扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、三维原子探针(3DAP)、维氏显微硬度计及电导率测试仪等设备对不同状态的合金组织和性能进行研究,探讨微量Sc在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中的存在形式和作用机理,对合金淬火敏感性的影响,优化热处理工艺。
  研究结果表明,在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中加入0.1wt.%Sc能够细化铸态晶粒,晶粒尺寸由131μm下降到96μm。合金铸态晶界处偏析严重,经过均匀化处理后,晶界变得细小,Mg(Zn,Cu,Al)2相基本回溶到基体中,适宜的均匀化制度为250℃/20h+450℃/24h。不含Sc的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金在均匀化过程中会析出次生Al3Zr粒子,而添加Sc后合金会在均匀化过程中析出核壳结构的Al3(Sc,Zr)粒子。在次生Al3Zr粒子中存在Zn原子均匀偏聚的现象,而在次生Al3(Sc,Zr)粒子中富Zr的壳层上发现Zn的偏聚。
  在均匀化过程中析出与α(Al)基体共格的次生Al3(Sc,Zr)粒子,可以强烈钉扎位错,阻碍晶界的迁移和亚晶粒的长大,显著抑制合金再结晶,提高合金的再结晶温度。但是0.1wt.%Sc的加入没有显著增加Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金时效过程中的硬度。在人工时效过程中,电导率随着保温时间的延长而增加;而自然时效中,电导率随时间的增加而降低。
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