Sc、Er复合微合金化对Al-7Mg合金组织与性能的影响

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Al-Mg系铝合金具有比强度高、耐蚀性好和加工性能优良等特点,在工业领域广泛应用。提高Al-Mg系合金的Mg含量有助于提高合金强度,但同时也易诱发晶界处Mg原子偏聚和β相析出,对合金综合性能,特别是耐腐蚀性能产生不利影响。微合金化对改善铝合金组织有显著作用,是改善高Mg含量Al-Mg系合金综合性能的有效途径。论文在Al-7Mg合金基础上,采用半连续铸造工艺通过添加稀土元素Sc和Er制备了Al-7Mg-0.2Zr-0.3Er,Al-7Mg-0.2Zr-0.3Sc和Al-7Mg-0.2Zr-0.15Sc-0.3Er(质量分数,%)三种合金,并分别对三种合金的铸锭和板材进行了包括硬度测试、电导率测试、单轴拉伸性能测试、电化学测试、晶间腐蚀测试和慢应变速率拉伸等性能测试,进一步结合金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和电子背散射衍射(EBSD)等微观组织观察技术研究了微量Sc和Er对Al-7Mg合金组织与性能的影响,以期为进一步优化高Mg含量Al-Mg系合金综合性能提供理论及实验依据。研究结果表明:在铸造过程中单独添加Sc和复合添加Sc、Er都能显著降低Al-7Mg合金铸锭晶粒尺寸,抑制枝晶形成和Mg原子偏析,对铸锭组织改善效果明显优于单独添加Er元素;在铸锭均匀化过程中,二次析出的次生Al3(Sc,Zr)粒子比Al3(Er,Zr)粒子尺寸更小,分布更均匀,表现出更好的强化效果;在稳定化退火过程中,Al3(Sc,Zr)粒子比Al3(Er,Zr)粒子具有更强的钉扎位错运动和抑制再结晶的能力,在相同退火条件下,Al-7Mg-0.2Zr-0.3Sc和Al-7Mg-0.2Zr-0.15Sc-0.3Er合金板材均比Al-7Mg-0.2Zr-0.3Er合金板材具有更高比例的小角度晶界,更显著的亚结构强化效果和更强的力学性能。在耐腐蚀实验发现较铝基体具有更高腐蚀电位的β相的数量和分布形态对合金退火板材的耐腐蚀性能有重要影响。低温退火条件下,Al3(Sc,Zr)粒子比Al3(Er,Zr)粒子更有效地阻碍晶内位错向晶界处运动,一方面减缓了退火过程中大角度晶界的形成过程,另一方面又能有效抑制Mg原子以位错为通道扩散至大角度晶界处形成连续、粗大的β相。在Al-7Mg-0.2Zr-0.3Sc和Al-7Mg-0.2Zr-0.15Sc-0.3Er合金退火板材中β相数量少且在晶界出呈不连续分布,合金的耐腐蚀性能较好;Al-7Mg-0.2Zr-0.3Er合金退火板材β相数量相对较多,在晶界出呈现连续分布,合金耐腐蚀性能较弱;随着退火温度的不断提高,β相逐渐回溶到基体中,其对腐蚀性能影响逐渐减弱,此时具有高电位的晶界对合金腐蚀起决定性作用,Al-7Mg-0.2Zr-0.3Sc和Al-7Mg-0.2Zr-0.15Sc-0.3Er合金再结晶程度相对较小,大角度晶界比例低于Al-7Mg-0.2Zr-0.3Er合金,因而仍具有较好的耐腐蚀性能。
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