【摘 要】
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微量Zr元素的加入能够显著提高铝合金的综合性能。凝固及热处理过程中Zr元素主要以固溶态、铸造形成的初生Al3Zr相、热处理析出亚稳态Al3Zr相（L12）及热处理析出稳态Al3Zr相（DO23）四种形式存在。而熔铸过程中Zr的存在形式不仅影响铸锭的组织和性能,还会通过组织遗传效应影响合金的最终性能,因此熔铸过程中控制基体中Zr的存在形式非常重要。本文旨在通过熔铸过程中改变高纯铝、工业纯铝试样中Zr
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微量Zr元素的加入能够显著提高铝合金的综合性能。凝固及热处理过程中Zr元素主要以固溶态、铸造形成的初生Al3Zr相、热处理析出亚稳态Al3Zr相（L12）及热处理析出稳态Al3Zr相（DO23）四种形式存在。而熔铸过程中Zr的存在形式不仅影响铸锭的组织和性能,还会通过组织遗传效应影响合金的最终性能,因此熔铸过程中控制基体中Zr的存在形式非常重要。本文旨在通过熔铸过程中改变高纯铝、工业纯铝试样中Zr元素添加量及其凝固条件,进而分析Zr含量及凝固条件对于高纯铝、工业纯铝中Zr存在形式及铸态组织的影响。主要研究内容有:（1）Zr含量及凝固条件对含Zr高纯铝铸态组织影响;（2）Zr含量及凝固条件对含Zr工业纯铝铸态组织影响。主要结论如下:（1）高纯铝中Zr含量低于0.20wt.%时,780℃浇注、冷却速率高于5.10℃/s的铸锭中的Zr以固溶态存在;Zr含量0.20～0.30wt.%时,冷却速率为5.10℃/s的铸锭中Zr元素以固溶态及初生Al3Zr相形式存在。（2）高纯铝中Zr含量为0.25wt.%时,冷却速率降至6.99℃/s以下开始出现Al3Zr相;Zr含量为0.30wt.%时,冷却速率降至36.00℃/s以下开始出现Al3Zr相,随冷却速率减小,Al3Zr相的数量增加并发生团聚。（3）含Zr高纯铝中凝固条件一定时（冷却速率5.10℃/s,温度梯度0.01℃/mm）,Zr含量从0增加到0.05wt.%,晶粒尺寸从1825μm下降到525μm;Zr含量从0.05wt.%增加到0.15wt.%,晶粒尺寸维持在500μm左右不变;Zr含量由0.15wt.%增至0.25wt.%时,晶粒尺寸由492μm降低至159μm;Zr含量继续增至0.30wt.%,晶粒尺寸基本不变。（4）700℃、780℃浇注,Zr含量≤0.20wt.%时,距底部45mm范围内的含Zr工业纯铝试样中均未发现初生Al3Zr相;当Zr含量为0.30wt.%时,700℃浇注锭坯中均发现了板条状Al3Zr相,冷却速率对其形貌影响不大;780℃浇注锭坯在冷区速率较高的底部区域未发现初生Al3Zr相,在冷却速率较低的上部区域发现了团聚状Al3Zr相。（5）700℃、780℃浇注,Zr加入量为0～0.30wt.%时,工业纯铝铸锭竖直截面组织由底部、顶部柱状晶区和心部等轴晶区组成,且铸锭心部等轴晶晶粒的尺寸均随Zr含量增加先增加再减小;Zr含量相同时浇注温度700℃试样的晶粒更加细小。
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