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采用熔炼铸造工艺分别制备7055和不同Sc、Zr含量的含Sc7055合金铸锭。对合金铸锭进行均匀化处理、轧制以及固溶时效处理,对T6处理态合金进行不同工艺参数的搅拌摩擦加工(FSP)。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线物相分析(XRD)、差热分析(DSC)、维氏硬度仪、万能实验拉伸机、阻尼(DMA)等分析技术,研究Sc、Zr含量对7055合金在凝固、均匀化处理、轧制、T6处理、FSP以及FSP后T6处理的微观组织及力学性能的影响。 研究表明:添加Sc、Zr元素的7055合金在凝固过程中能形成的初生Al3(Sc,Zr)相,该相可作为异质形核点促使合金形核,进而显著细化铸态合金晶粒并促进等轴晶形成。在均匀化退火过程中形成次生Al3(Sc,Zr)析出相,该相为纳米尺寸能钉扎位错和晶界,进而抑制合金在后续的变形以及热处理过程中位错的迁移以及晶粒粗化,进而提高了合金的热稳定性。 Sc、Zr含量对于7055合金的微观组织及力学性能产生极大的影响。研究表明添加质量比为0.25%的Sc可使7055合金获得最佳的综合力学性能,其最大抗拉强度、屈服强度以及伸长率分别达到679MPa、600MPa和14.3%。7055铝合金的T6工艺为固溶470℃、2h,人工时效120℃、24h。高密度亚稳态η相为T6处理态合金的主要强化相,晶粒细化及纳米Al3(Sc,Zr)相也对该合金力学性能进一步优化。 7055合金及含Sc7055合金经过搅拌摩擦加工后,形成细小的等轴晶。添加Sc及降低加工旋转速度均可进一步降低FSP样品的晶粒尺寸。FSP过程所引起的温升促使η相转化为稳态η相,因此,FSP样品强度明显低于T6态合金强度。为获得高密度η相,对FSP样品进行固溶时效处理。微观结构观测发现,FSP7055合金在固溶时效后晶粒发生严重粗化。平均晶粒尺寸高达12.4μm,而纳米Al3(Sc,Zr)析出相可显著抑制含ScFSP样品在固溶时效处理过程中的晶粒尺寸粗化,进而保留大量细小等轴晶粒。T6处理后的FSP7055-0.25Sc合金平均晶粒尺寸仅为3.4μm。因此该合金同时具有高密度η相以及细小等轴晶粒结构特点。该结构使T6处理后FSP7055-0.25Sc合金在具有优异力学性能的同时还具有优异的阻尼性能,这进一步拓展了高强铝合金的工程应用范围。