微量钪和锆对Al-Zn-Mg合金组织与性能的影响

论文摘要

采用力学性能测试、X射线衍射（XRD）物相分析、金相（OM）和透射电子显微组织（TEM）观察,研究了两种Al-6.0Zn-2.0Mg-0.12Zr和Al-6.0Zn-2.0Mg-0.2Sc-0.12Zr合金不同处理状态下的组织性能、高温组织性能和焊接接头组织性能。结果表明:（1）复合添加Sc、Zr可以显著提高合金的最终力学性能,在固溶状态下,含Sc的Al-Zn-Mg合金抗拉强度、屈服强度比未添加Sc的合金分别提高40 MPa、54 Mpa,时效状态下,抗拉强度和屈服强度分别提高25MPa、35MPa。（2）初生Al3（Sc,Zr）和Al3Sc粒子起非均质晶核的作用,可强烈细化合金的铸态晶粒组织;次生Al3（Sc,Zr）和Al3Sc粒子与基体共格,强烈钉扎位错和晶界,阻碍晶界的迁移和亚晶粒的长大,对合金加工变形组织中的亚结构具有强烈的稳定化作用,抑制了合金的再结晶。（3）Al-Zn-Mg合金强度随试验温度升高而下降,塑性随之增加。高温下过渡相η′相粗化以及η′相向平衡相的转变是主要的软化机制。（4）微量Sc,Zr在Al-Zn-Mg合金中以Al3（Sc,Zr）粒子形式存在,这种化合物热稳定性好,高温下仍然保持弥散强化和亚结构强化的作用。（5）微量Sc、Zr能明显提高Al-Zn-Mg合金的高温强度,300℃时抗拉强度提高了53 MPa,同时合金塑性保持在较高水平。（6）Al-Mg-Sc-Zr焊丝与Al-Zn-Mg-Zr和Al-Zn-Mg-Sc-Zr合金有很好的相容性,在氩弧焊条件下,两种合金板材带余高的焊接接头的拉伸力学性能分别为:Al-Zn-Mg-Zr合金:σb=409MPa,σ0.2=248MPa,δ5=6.8%,焊接系数为0.77;Al-Zn-Mg-Sc-Zr合金:σb=447MPa,σ0.2=289MPa,δ5=7.6%,焊接系数为0.80。（7）焊接热循环过程中Al-Zn-Mg合金焊接头热影响区沉淀强化相粗化,导致该区出现明显的软化;而添加了微量Sc、Zr的合金焊接接头热影响区完全再结晶的区间比较窄,软化程度相对较低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 铝-钪合金的发展与应用概况
• 1.1.1 铝-钪合金的研究与开发
• 1.1.2 铝-钪合金的发展趋势
• 1.1.3 铝-钪合金的应用前景
• 1.2 钪在铝合金中的作用机制
• 1.2.1 钪的物理化学性质
• 1.2.2 铝-钪合金的相图和相结构
• 1.2.3 钪与铝锌镁合金中元素的相互作用
• 3(Sc_1-xZr_x)粒子的成分与粗化机制'>1.2.4 Al₃(Sc_1-xZr_x)粒子的成分与粗化机制
• 1.3 高强铝合金的组织、性能与硬化机理
• 1.3.1 沉淀顺序及沉淀相
• 1.3.2 微观组织结构与性能
• 1.3.3 硬化机理
• 1.4 Al-Zn-Mg合金的高温行为
• 1.4.1 铝基耐热合金
• 1.4.2 高温合金的强化机理
• 1.4.3 选择高温材料的几个因素
• 1.5 Al-Zn-Mg合金的焊接性
• 1.5.1 铝合金的焊接特点
• 1.5.2 铝合金常用焊接工艺
• 1.5.3 铝合金焊接性能存在的问题
• 1.5.4 焊接填充材料的选择
• 1.5.5 Sc对铝合金焊接性能的影响
• 1.6 本论文研究的目的意义和主要内容
• 第二章 材料与实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 合金成分
• 2.1.2 合金铸锭均匀化处理及板材轧制
• 2.1.3 合金板材的固溶时效
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 常温力学性能测试
• 2.2.2 高温力学性能测试
• 2.2.3 硬度测试
• 2.2.4 合金金相组织观察
• 2.2.5 X射线衍射分析
• 2.2.6 扫描电子显微组织观察
• 2.2.7 透射电子显微组织观察
• 第三章 微量Sc和Zr对Al-Zn-Mg合金不同处理态组织与性能的影响
• 3.1 微量Sc和Zr对Al-Zn-Mg合金拉伸性能的影响
• 3.2 微量Sc和Zr对Al-Zn-Mg合金金相组织的影响
• 3.2.1 热轧态
• 3.2.2 固溶态
• 3.2.3 时效态
• 3.3 X射线衍射物相分析
• 3.4 微量Sc和Zr对Al-Zn-Mg合金透射电子显微组织的影响
• 3.4.1 热轧态
• 3.4.2 固溶态
• 3.4.3 时效态
• 3.5 分析与讨论
• 3.5.1 复合添加Sc和Zr对Al-Zn-Mg合金的晶粒细化作用
• 3.5.2 复合添加Sc和Zr对Al-Zn-Mg合金的抑制再结晶作用
• 3.5.3 复合添加Sc和Zr对Al-Zn-Mg合金强度的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 微量Sc和Zr对合金高温组织与性能影响
• 4.1 不同温度下Al-Zn-Mg合金拉伸力学性能
• 4.2 不同温度下两种合金的金相组织
• 4.3 不同温度下两种合金的SEM断口分析
• 4.4 不同温度变形条件下Al-Zn-Mg合金的TEM分析
• 4.5 分析与讨论
• 4.5.1 温度对合金强度的影响
• 4.5.2 微量Sc和Zr对Al-Zn-Mg合金高温下组织性能的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 微量Sc和Zr对Al-Zn-Mg合金焊接接头组织性能的影响
• 5.1 焊接接头硬度分布
• 5.2 焊接接头拉伸力学性能
• 5.3 焊接接头金相组织
• 5.3.1 Al-Zn-Mg-Zr合金焊接接头金相组织
• 5.3.2 Al-Zn-Mg-Sc-Zr合金焊接接头金相显微组织
• 5.4 焊接接头透射电子显微组织
• 5.4.1 Al-Zn-Mg-Zr合金焊接接头透射电子显微组织
• 5.4.2 Al-Zn-Mg-Sc-Zr合金焊接接头透射电子显微组织
• 5.5 焊接接头组织与性能分析
• 5.5.1 焊缝区的组织与性能分析
• 5.5.2 热影响区的组织与性能分析
• 5.6 本章小节
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文