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在Al-Mg合金基础上发展起来的Al-Mg-Sc-Zr合金,由于低密度,高强度、耐蚀、可焊和热稳定性良好等特点而日益受到人们关注。本文主要研究了Al-Mg-Sc-Zr合金中初生和脱溶Al3(Sc,Zr)相的析出、粗化及其对合金组织和性能的影响。
采用显微组织观察,拉伸试验等手段,研究了Al-Mg-Sc-Zr合金中Al3(Sc,Zr)沉淀相的析出及其对冷变形合金再结晶的抑制作用。实验结果表明:过饱和固溶体在冷却过程中析出了共格的Al3(Sc,Zr)相颗粒,该相具有良好的热稳定性。Al3(Sc,Zr)相颗粒在退火过程中能够起到稳定亚结构的作用,使合金再结晶温度较传统Al-Mg合金提高200℃以上。
变形态Al-Mg-Sc-Zr合金中大量位错等缺陷的存在成为Sc,Zr原子的快速扩散通道,容易导致Al3(Sc,Zr)相颗粒在较低温度的退火时发生粗化。在Al-Mg-Sc-Zr合金热轧过程中提高中间退火温度、延长保温时间、增大热轧变形量均能引起随后冷变形态合金再结晶温度的降低。透射电镜观察表明合金在高温或长时间退火过程中发生了Al3(Sc,Zr)沉淀相的粗化,第二相颗粒的粗化引起颗粒密度的降低及共格应力场的减弱,降低了对冷变形合金再结晶的抑制能力。
多道次的冷加工和退火有可能引起冷轧合金强度的降低。研究了多道次冷轧时退火温度与次数对冷变形合金力学性能的影响。结果表明:采用450℃×1h退火工艺进行多次加工后合金强度出现下降,而采用400℃×1h退火时强度无明显变化。透射电镜观察表明多次较高温度的退火后Al3(Sc,Zr)沉淀相发生粗化。粗化行为一方面降低了颗粒的第二相强化作用,另一方面也减弱了退火过程中对亚结构的稳定作用。
凝固过程中析出的初生相对铸态合金晶粒具有强烈细化作用,其尺寸、形貌,结构等因素会对合金力学性能产生重要的影响。研究了凝固过程中液态金属冷却速率对初生相析出行为的影响。快速凝固时,初生相的析出被完全抑制;在缓慢冷却条件下,室温组织中的析出物为Al3Sc、Al3Zr和Al3(Sc,Zr)相,其中Al3(Sc,Zr)为Zr在Al3Sc相中形成的固溶体;采用铁模冷却时,初生相为细小的Al3(Sc,Zr)相,该相具有一种特殊的复合结构,其形成原因是由于初生相生长过程中长大方式的改变引起的。