新型Al-Zn-Mg-Cu-SC-Zr合金微观结构与性能关系的EBSD研究

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Al-Zn-Mg-Cu系铝合金(后简称铝合金)具有优异的比强度、可加工性、耐腐蚀性以及热焊接性等等,因此广泛应用于汽车和航空航天等领域。在铝合金中添加稀土元素Sc之后,可以明显起到细化晶粒、抑制再结晶和提高强度的作用,但由于Sc价格昂贵,限制了其在铝合金中的广泛应用。同时,价格相对低廉的Zr元素也具有细化晶粒和增加强度的效果,因此可用Zr替代部分Sc来获得成本较低、性能较高的铝合金。当Sc+Zr的添加量及Sc与Zr比例不同时,所得合金的微观结构及宏观力学性能会有较大差异。  本论文设计了不同成分配比的新型铝合金,通过对轧制态、固溶态以及时效态的铝合金进行形貌分析及性能测试,研究了不同Sc+Zr添加量及Sc/Zr比对铝合金微观结构、力学性能的影响,并在此基础上讨论了Al-Zn-Mg-Cu-Sc-Zr合金的强化机制。电子背散射衍射(EBSD)技术的应用能反映出合金不同相的取向信息,为深化了解合金的再结晶行为、力学性能及强化机理提供一种先进的表征方法。EBSD分析技术在测定晶体取向、显微织构及统计晶界结构参数等方面具有独特的优势。众所周知,大部分材料都为多晶体结构,而多晶体的优异性能取决于晶粒的性质、晶粒尺寸、相邻晶粒间的取向以及界面结构。本论文主要采用了EBSD技术对新型铝合金的微观组织进行分析,通过对合金轧面上取向数据的获取,来分析轧制过程中合金微观结构的变化,结合合金的拉伸强度及屈服强度的实验数据,更好解释合金的强化机理。  研究结果表明,复合添加Sc和Zr对抑制合金的再结晶及提高强度有明显的效果。随着Sc和Zr总添加量增大(0~0.6%),抑制再结晶效果越来越明显,且合金强度也逐渐增加。添加0.2Sc和0.4Zr(wt.%)的Al-Zn-Mg-Cu合金经过120℃/24h时效热处理后,获得最大的抗拉强度和屈服强度值,分别为668MPa和628MPa。沉淀强化主要是由于时效过程中形成了GP区、η相和共格Al3(Sc,Zr)二次粒子所致。细晶强化、亚晶界强化和沉淀强化为Al-Zn-Mg-Sc-Zr铝合金的主要强化机制。
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