稀土Sc、Y及热处理工艺对7055铝合金组织和性能的影响

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7xxx铝合金因其具有高强度、低比重、优秀的加工性能以及焊接性能等优点,在航空航天、汽车、军事等行业中得到了广泛的应用,是航天工业的主要结构材料之一。随着科技的日新月异,大众更加追求交通工具轻量化,这对铝合金在强韧性方面提出了更高的要求,并且希望可以发明出一种低密度、加工性能优异、性价比高的新型超高强铝合金。作者通过在7055铝合金中添加不同含量Sc、Y元素,经过一系列加工和热处理工艺后测试各个样品的电学性能、力学性能和耐腐蚀性能。并借助金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)手段对合金进行显微结构分析。详细研究了不同含量Sc、Y以及不同的时效制度对7055系铝合金微观结构以及性能的影响。实验表明,微量Sc可以有效细化7055系合金晶粒,在热处理过程和变形过程中可以形成弥散而又细小的Al3(Sc,Zr)相,这些弥散细小的Al3(Sc,Zr)相可以阻碍位错,防止亚晶界的位移,提高再结晶温度,抑制再结晶。Sc的加入可以改善7xxx系铝合金的强度和延伸率,推迟过时效的到来,提高析出相的稳定性。得到的主要研究结论如下:(1)在7055合金中添加微量的Sc可以细化晶粒,当Sc的含量为0.25%时合金的晶粒尺寸为30-40 um,相比较未添加Sc的7055合金尺寸减小了一倍。均匀化处理可以消除大部分偏析和残余应力,加入微量Sc可以形成Al3(Sc,Zr)相,有效抑制铝合金的再结晶行为。(2)添加0.25%的7055-0.25Sc合金的硬度为212.6 HV,电导率为32.9%IACS,抗拉强度达到了685.9 MPa,屈服强度为658.3 MPa,延伸率为18.3%,相比较未添加Sc的7055合金有显著的提高。Sc含量为0.45%时,合金的自腐蚀电流密度最低,7055合金的耐腐蚀性能达到最佳状态。(3)7055-0.25Sc铝合金在三种不同时效制度下,合金的综合性能在时效制度为120℃/6 h+180℃/16 h条件下最好,其电导率为42.9%IACS,硬度为201.1 HV,抗拉强度为625.9 MPa,屈服强度为596.5 MPa,延伸率为15.5%。而且合金的导电性和耐腐蚀性能相比较峰值时效(T6)得到了极大的提升。(4)复合添加Sc和Y也可以显著提升7055合金的性能,同时添加0.25%的Sc和Y时,合金的性能最佳。合金的电导率为33.8%IACS,硬度为196.4HV,抗拉强度和延伸率为398.6 MPa和15.1%。耐腐蚀性能随着Sc添加量的增多而提高,当Sc含量为0.35%时耐腐蚀性能达到最佳。
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