【摘 要】
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近年来由于稀土元素提升铝合金性能高效简便,铸造用铝合金的稀土变质细化成为了热点研究课题。铝硅系合金虽然铸造性能优良,但材料力学性能偏低,严重制约了其在复杂零部件上的应用。在铝硅合金传统变质细化方法基础上,研究新型稀土元素变质细化,进一步提升铝硅合金性能,拓宽高性能铝硅合金在大型复杂铸件中的应用是当前的研究热点。本课题以ZL702A合金为基础,研究Er、Sc元素单独与复合添加对ZL702A合金组织和
【基金项目】
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军用铝基复合材料工程化制备与应用技术项目；
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近年来由于稀土元素提升铝合金性能高效简便,铸造用铝合金的稀土变质细化成为了热点研究课题。铝硅系合金虽然铸造性能优良,但材料力学性能偏低,严重制约了其在复杂零部件上的应用。在铝硅合金传统变质细化方法基础上,研究新型稀土元素变质细化,进一步提升铝硅合金性能,拓宽高性能铝硅合金在大型复杂铸件中的应用是当前的研究热点。本课题以ZL702A合金为基础,研究Er、Sc元素单独与复合添加对ZL702A合金组织和性能的影响,并通过T6热处理进一步提升ZL702A合金的性能,研究其细化、强化的原理与机制。研究了改性ZL702A合金铸态及常规热处理态的微观组织变化情况:通过不同含量改性ZL702A合金进行物相分析、组织观察、成分检测,定量分析讨论了 Er和Sc对ZL702A合金的作用效果与机制。结果表明:铸态时,Er、Sc均能够使共晶硅由粗糙细长的针片状转变为细小的枝晶状和纤维状。单独作用下,Er比Sc的变质共晶硅与细化枝晶间距的效果更为明显,但复合添加后的α（Al）更加细小均匀,枝晶间距为27μm～44μm。Er的最佳添加量为0.3wt%,Sc的最佳添加量为0.35wt%,Er、Sc复合添加时最佳添加量为0.25wt%Sc+0.2wt%Er。T6热处理时,单独或复合添加Er、Sc均能够使ZL702A合金的硅相由边缘圆润的针棒状变质为边缘光滑的点棒状结构,对合金具有强烈的变质细化作用。当Er含量为0.3wt%,Sc含量为0.25wt%,复合添加时含量为0.25wt%Sc+0.2wt%Er条件下变质细化效果最优。常规T6热处理时,Sc对于ZL702A合金抗拉强度的提升效果显著,Er对于延伸率提高明显。当复合添加Er、Sc时抗拉强度和延伸率提升效果最为均衡,即添加0.25wt%Sc+0.2wt%Er时,抗拉强度达到最高为323MPa,延伸率达到最大为3.6%。拉伸断裂面呈现出由解理面区域和韧窝区域共同形成的脆韧性混合断裂机制。即复合添加0.25wt%Sc+0.2wt%Er即为最优改性ZL702A合金方案。通过差热分析与时效强化实验,确定了复合添加0.25wt%Sc+0.2wt%Er改性ZL702A合金最优热处理工艺方案:510℃保温4小时+525℃保温8小时+175℃保温12小时。基体α（Al）中弥散分布着轮廓清晰的Al3Sc/Al3Er粒子,尺寸分别为0.05μm与0.03μm,并以钉扎作用的方式起到了显著强化合金作用,优化热处理工艺后获得的0.25wt%Sc+0.2wt%Er改性ZL702A铝合金布氏硬度达到136HBW。
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