Al-Zn-Cu三元系低Cu侧相平衡、相变与扩散的研究

论文题目: Al-Zn-Cu三元系低Cu侧相平衡、相变与扩散的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料学

作者: 任玉平

导师: 郝士明

关键词: 三元系,相图,固溶体,溶解度间隙,扩散偶电子探针法,相平衡成分,热力学计算,互扩散系数,亚稳相转变,异常细化

文献来源: 东北大学

发表年度: 2005

论文摘要: Al-Zn-Cu 系是铝基轻合金中具有重要实际意义的基础系统之一,对该系fcc固溶体溶解度间隙的认识当前存在重要矛盾。而正确认识该系fcc 固溶体的溶解度间隙,对于研究含Zn、Cu 的铝合金淬火后时效初期的脱溶行为,控制铝合金的组织与性能具有重要的实际意义。本论文采用实验研究与热力学计算相结合的方法,对Al-Zn-Cu 三元系fcc 固溶体溶解度间隙进行了系统的研究;并在实验测定的基础上采用Matano 法分析了Cu 添加对Al-Zn 固溶体中扩散行为的影响;此外还研究了低Cu 的Al-Zn 合金中亚稳相转变对组织形貌的影响。通过扩散偶-电子探针法成功地测定了低Cu 侧fcc 固溶体溶解度间隙在277351℃时α1/（α1+α2）相边界的走向。明确了随着Cu 的增加,Zn 在α1和α2 中的溶解度都降低,Cu 在α2和α1之间的分配比KCuα2/α1大于1,即Cu 主要分配在α2 相中。这表明Al-Zn-Cu 三元系fcc 固溶体溶解度间隙呈发散状,可以由Al-Zn 侧连续过渡到Al-Cu 侧。研究还确定了低Cu 侧fcc 固溶体溶解度间隙在351℃以上仍然存在。这时随着Cu 的增加,Zn 在α1中的溶解度降低而在α2中的溶解度增加,Cu 在α2和α1中的分配比KCuα2/α1仍明显大于1。这表明Cu 的添加提高了Al-Zn 二元fcc 固溶体溶解度间隙的存在温度。实验研究结果表明Al-Zn-Cu 系fcc 固溶体溶解度间隙在整个空间应该呈“隧道形”的发散状,与热力学计算结果一致,而不是根据早期实验所认识的呈“钟罩形”的收敛状。通过热力学计算,获得了对Al-Zn-Cu 系fcc 固溶体溶解度间隙完整形状的正确认识。明确了其形状应该是从Al-Zn 侧连续过渡到Al-Cu 侧的隧道形,而不是此前所认为的钟罩形。计算结果得到了实验数据的有力支持。热力学解析和计算表明,利用SSOL 数据的Al-Zn-Cu 系fcc 固溶体热力学参数能很好地再现溶解度间隙的全貌;而Wisconsin 热力学参数中由于引入了过大的三元相互作用系数,不能正确再现fcc 固溶体的溶解度间隙而出现与实验不符的玫瑰形溶解度间隙,与低Cu 侧在300340℃之间α2/（α1+α2）边界走向不一致。正是这个为模拟高温相平衡而引入的三元相互作用参数在Al-Zn-Cu 三元系中造成了一个温度与成分范围很宽的fcc 固溶体溶解度间隙岛。

论文目录:

声明

中文摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 Al-Zn-Cu 三元系相图的研究

1.1.1 三个边二元系相图的研究

1.1.1.1 Al-Zn 系相图的研究

1.1.1.2 Al-Cu 和Cu-Zn 二元系相图的研究

1.1.2 Al-Zn-Cu 三元系低Cu 侧相图的研究

1.2 相平衡的扩散偶法研究

1.2.1 相界面处的局部平衡原理

1.2.2 扩散偶的制备方法

1.2.3 扩散偶的分析方法

1.3 相图的热力学计算

1.3.1 相图计算的发展

1.3.2 相图计算的特点

1.3.3 Thermo-Calc 程序

1.4 Al-Zn 固溶体的扩散行为

1.5 Al-Zn-Cu 合金中CuZn_4 的相变

1.6 本研究的内容及目标

本章参考文献

第二章 实验研究方法

2.1 扩散偶母合金的选择及熔制

2.2 扩散偶的制备和平衡扩散处理

2.2.1 熔凝焊合法

2.2.2 真空热压法

2.2.3 扩散偶的平衡处理制度

2.3 实验合金的熔制及热处理

2.3.1 实验合金的熔制

2.3.2 均匀化与热处理制度

2.4 互扩散系数的测定

2.5 组织与结构分析

2.6 电子探针微区成分分析

2.7 Thermo-Calc 程序中溶解度间隙的计算

本章参考文献

第三章 Al-Zn-Cu 系低 Cu 侧fcc 固溶体溶解度间隙的扩散偶法测定

3.1 低Cu 侧T_e 温度以下相平衡成分的测定

3.2 低Cu 侧T_e~T_s 温度相平衡成分的测定

3.2.1 300℃相平衡成分的测定

3.2.2 320℃相平衡成分的测定

3.2.3 340℃相平衡成分的测定

3.3 低Cu 侧T_s 温度以上相平衡成分的测定

3.4 Al-Zn-Cu 三元系fcc 固溶体溶解度间隙

3.5 小结

本章参考文献

第四章 Al-Zn-Cu 系fcc 固溶体溶解度间隙的热力学解析

4.1 热力学模型及参数

4.2 三个边二元系fcc 固溶体溶解度间隙的计算

4.2.1 Al-Zn 系fcc 固溶体溶解度间隙的热力学计算

4.2.2 Al-Cu 系fcc 固溶体溶解度间隙的热力学计算

4.2.3 Cu-Zn 系fcc 固溶体溶解度间隙的热力学分析

4.3 应用SSOL 数据的Al-Zn-Cu 系溶解度间隙计算

4.3.1 T_e 温度以下的溶解度间隙热力学计算

4.3.2 T_e~T_s 温度的溶解度间隙热力学计算

4.3.3 T_s 温度以上的溶解度间隙热力学计算

4.4 应用Wisconsin 热力学参数的Al-Zn-Cu 系溶解度间隙计算

4.4.1 T_e 温度以下的溶解度间隙热力学计算

4.4.2 T_e~T_s 温度的溶解度间隙热力学计算

4.4.3 T_s 温度以上的溶解度间隙热力学计算

4.5 fcc 固溶体热力学参数的分析

4.6 小结

本章参考文献

第五章 Cu 对 Al-Zn 固溶体中扩散行为的影响

5.1 T_e 温度以下的扩散行为

5.2 T_e~T_s 温度的扩散行为

5.3 T_s 温度以上的扩散行为

5.4 小结

本章参考文献

第六章 低Cu 的Al-Zn 合金中亚稳相转变引起的组织异常细化

6.1 AlZn-2Cu 合金退火后的相组成与组织

6.2 AlZn-2Cu 合金冷变形后的相组成与组织

6.3 AlZn-2Cu 合金组织的异常细化

6.4 小结

本章参考文献

第七章 结论

攻博期间发表论文

致谢

作者简历

发布时间: 2005-08-25

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