锆铒复合微合金化对工业纯铝组织性能的影响

论文摘要

采用铸锭冶金法制备了Al-0.15Zr、Al-0.2Er、 Al-0.15Zr-0.1Er、 Al-0.15Zr-0.2Er、 Al-0.15Zr-0.4Er合金。采用金相组织观察、X射线衍射分析、扫描电镜观察、EPMA区域定量分析、透射电镜和高分辨透射电镜观察等组织分析技术以及硬度、拉伸强度和电阻率等性能测试手段,研究了5种实验合金在不同状态（铸态、均匀化态、冷轧态、退火态）下的微观组织和性能,分析讨论了不同状态合金中Zr、 Er的主要存在形式和作用机制。得到的主要结论如下：单独添加0.2%Er不能细化工业纯铝的晶粒,但能有效细化二次枝晶组织,0.15%Zr+0.2%Er复合添加的细晶作用与0.15%Zr单独添加的相当。在本实验条件下,测定Er在工业纯铝中的最大固溶量约为0.09%,Er能和工业纯铝中的Fe发生交互作用,使工业纯铝中的铝铁相由粗大的针条状、骨骼状转变为较小的短棒状及块状,同时基体中会出现微米级、球状或类球状的含Er富铁相,但Er添加量大于0.2%时晶界会有初生Al3Er相析出。在400℃退火时,复合添加0.15%Zr+0.2%Er合金的峰值硬度较铸态合金提高55%,大于两者单独添加产生的强化效果之和,这主要是因为合金中析出了L12结构的纳米级Al3（Er,Zr）复合相,与基体共格,其心部富含Er而外层富含Zr,在400℃下的粗化速率明显低于Al3Er相。Al3（Er,Zr）相较好的强化作用及耐热性能得益于Er和Zr的协同作用,扩散较快的Er在基体中先形成Al3Er,为Zr的脱溶析出提供形核长大的核心,促进Al-Zr固溶体的分解,而扩散较慢的Zr吸附在析出相的外层,抑制析出相的粗化。微量Zr、 Er显著提高了合金的再结晶温度特别是再结晶终了温度,Al-0.15Zr-0.2Er合金的再结晶开始温度和终了温度达到300℃和450℃。对于Al-0.15Zr-0.2Er合金的再结晶,亚晶聚合和亚晶长大为主要的形核机制,细小弥散分布的Al3（Er,Zr）粒子钉扎位错、亚晶界和晶界,使再结晶温度大幅度提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 Zr在铝合金中的微合金化作用
• 1.2.1 基本性质
• 1.2.2 存在形式
• 1.2.3 作用机制
• 1.3 稀土元素Er及其在铝合金中的应用
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 Al-Er相图
• 1.3.3 在铝合金中的应用
• 1.4 铝合金复合微合金化研究
• 1.5 本课题的研究目的和主要内容
• 第二章 材料制备与实验方法
• 2.1 实验方案
• 2.2 材料制备
• 2.2.1 合金的熔炼
• 2.2.2 热处理与轧制
• 2.2.3 稳定化退火
• 2.3 性能测试
• 2.3.1 硬度
• 2.3.2 电阻率
• 2.3.3 拉伸强度
• 2.4 组织观察与分析
• 2.4.1 金相组织观察
• 2.4.2 X射线衍射分析
• 2.4.3 SEM观察与能谱分析
• 2.4.4 EPMA区域定量分析
• 2.4.5 TEM观察与分析
• 第三章 锆铒对工业纯铝铸态组织和性能的影响
• 3.1 对组织的影响分析
• 3.1.1 金相组织观察
• 3.1.2 X射线衍射分析
• 3.1.3 SEM观察与能谱分析
• 3.1.4 EPMA区域定量分析
• 3.1.5 TEM观察与分析
• 3.2 对性能的影响分析
• 3.2.1 硬度
• 3.2.2 电阻率
• 3.3 存在形式与作用机理
• 3.4 小结
• 第四章 退火对含锆铒合金析出行为及性能的影响
• 4.1 性能测试
• 4.1.1 硬度
• 4.1.2 电阻率
• 4.2 第二相分析
• 4.2.1 分布和尺寸
• 4.2.2 微观结构
• 4.3 强化机制
• 4.4 耐热机理
• 4.5 小结
• 第五章 含锆铒合金的再结晶行为研究
• 5.1 再结晶温度的测定
• 5.2 组织观察与分析
• 5.2.1 金相组织观察
• 5.2.2 透射电镜观察与分析
• 5.3 再结晶形核机制
• 5.4 第二相对再结晶的影响
• 5.5 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果