Sc与Zr对Al-Zn-Mg-Cu合金组织性能的影响

论文摘要

锆、钪对铝合金组织性能的影响得到广泛研究。但是由于钪昂贵、限制了其大量应用。本文以Al-Zn-Mg-Cu合金为研究对象,考察添加超微量Sc、Zr及Sc+Zr对该合金组织及力学性能的影响,最终确定微量元素Sc和Zr的添加量,以使合金能够获得最优组织及力学性能,然后研究添加微量元素Sc和zr后,合金进行固溶和单级时效展开实验,分析添加微量元素在固溶时效热处理过程中所起作用,确定合金最佳固溶及时效工艺。结果表明,单独添加Sc和Zr时,铸态晶粒明显细化,合金强度随Sc和Zr含量的增加而增加,但合金的延伸率下降过快,当Zr含量增加到0.25%时,其延伸率已降为7.1%。复合添加Sc与Zr时,随着Sc与Zr添加量的增加,合金的强度逐渐上升,延伸率逐渐降低,当添加量为0.04%Sc和0.16%Zr时,抗拉强度达到最大值：775MPa,延伸率降为9.85%,继续增加Sc与Zr的含量,合金抗拉强度下降。复合添加Sc和Zr时,合金中出现了A13（Sc,Zr）粒子,且在均匀化退火过程中析出大量细小、弥散、呈花瓣状的二次A13（Sc,zr）粒子,能够钉扎位错和亚晶界,阻碍亚晶界迁移和亚晶粒长大,使合金强化效果增强。Al-Zn-Mg-Cu合金添加微量元素Sc和zr后挤压棒组织晶粒更细小、分布更均匀,其强度、硬度均高于未添加合金元素Sc和Zr的合金。固溶热处理过程中,采用多级固溶制度明显优于单级固溶,确定420℃×3h+465℃×2h的固溶制度为最佳固溶热处理方案；此时合金的抗拉强度为777MPa,较热处理前提高了54%,延伸率为11.84%,较热处理前提高了18%。添加Sc和Zr的Al-Zn-Mg-Cu合金具有很好的时效强化特性,通过对单级时效的研究表明,开始阶段,合金挤压棒的强度、硬度、延伸率及电导率均呈上升趋势,当时效时间至8h时达到峰值,此时合金的抗拉强度为755MPa,较热处理前提高了54%,延伸率为13.28%,较热处理前提高了37%；随着时效时间的延长,合金的延伸率下降,强度及硬度基本保持不变,说明该合金有较好的抗过时效能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 Al-Zn-Mg-Cu系铝合金在国内外的发展与应用
• 1.1.1 国外Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的发展与应用
• 1.1.2 国内Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的发展与应用
• 1.2 Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的显微组织
• 1.2.1 Al-Zn-Mg-Cu系铝合金中各元素的作用
• 1.2.2 Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的显微组织
• 1.3 Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的力学性能
• 1.3.1 铝合金挤压方法
• 1.3.2 铝合金拉伸性能
• 1.3.3 铝合金断裂性能
• 1.3.4 应力腐蚀性能
• 1.4 钪元素的性质及含钪铝合金的研究进展
• 1.4.1 钪对合金力学性能的影响
• 1.4.2 含钪合金研究进展
• 1.5 Al-Zn-Mg-Cu系铝合金热处理工艺的研究现状及进展
• 1.5.1 均匀化热处理
• 1.5.2 固溶处理
• 1.5.3 时效处理
• 1.6 低频电磁半连续铸造（LFEC）技术
• 1.7 本论文研究的主要内容和目的
• 第2章 实验方法
• 2.1 实验工艺流程
• 2.2 实验方案设计及材料制备
• 2.2.1 合金元素配比方案与试样制备
• 2.2.2 热处理方案设计与试样制备
• 2.3 检测与分析方法
• 2.3.1 微观组织分析
• 2.3.2 力学性能分析
• 第3章 Sc、Zr对Al-Zn-Mg-Cu合金组织与力学性能的影响
• 3.1 Sc、Zr对Al-Zn-Mg-Cu合金铸态组织的影响
• 3.1.1 铸锭的宏观组织
• 3.1.2 铸锭的微观组织
• 3.2 合金铸态相组成分析
• 3.3 Sc、Zr对Al-Zn-Mg-Cu合金DSC曲线的影响
• 3.4 Sc、Zr对Al-Zn-Mg-Cu合金力学性能的影响
• 3.5 Sc、Zr对Al-Zn-Mg-Cu合金拉伸断口的影响
• 3.6 合金再结晶过程分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 合金固溶时效制度研究
• 4.1 合金过烧温度的确定
• 4.2 合金挤压态组织分析
• 4.3 合金时效制度研究
• 4.3.1 时效时间对合金微观组织的影响
• 4.3.2 时效时间对合金力学性能的影响
• 4.3.3 时效时间对合金电导率的影响
• 4.3.4 不同时效制度后的X射线衍射分析
• 4.4 合金固溶制度研究
• 4.4.1 固溶制度对合金微观组织的影响
• 4.4.2 固溶制度对合金力学性能的影响
• 4.4.3 固溶制度对合金电导率的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢