基于合金化提高超高强铝合金强/韧性的研究

论文摘要

随着科技的发展和人们生活水平的提高,尤其是在航空航天、汽车、电子等行业的拉动下,对铝合金的需求越来越大,为了满足大众对电子产品微型化、交通工具轻量化的追求,人们对密度低、加工性能优良、性价比高的铝合金在强韧性方面提出了更严苛的要求。借助金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、电子探针、X射线衍射仪和差热分析仪等微观组织观察手段,以及力学显微硬度实验、拉伸实验等测试方法,详细研究了不同Gd、Y含量对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织与力学性能的影响,以期研发出具有优良强韧性的超高强铝合金。在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中添加微量Gd能细化晶粒,在随后的热处理变形过程中形成细小弥散相Al3CuGd相,这些弥散相能阻碍位错、亚晶界的位移,抑制再结晶。Gd的加入可以明显提高主合金元素Zn、Mg、Cu的晶内相对溶质固溶度并使元素在铸态超高强铝合金内的均匀程度增加,改善Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金T6时效态的强度和伸长率；加快合金峰时效的到来,推迟过时效软化,提高析出相稳定性。结果表明Gd含量在0.25%时性能达到最优,进一步增加Gd含量会促进非平衡共晶相形成,不利于合金综合性能的提高。在Al-Zn-Mg-Cu-Zr-0.25%Gd合金基础上直接添加Y元素,不利于合金综合性能的提高。而通过复合添加Gd、Y元素的方式,可以显著提高合金的综合性能。结果表明：（1）在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中单独添加Gd与复合添加Gd、Y后铸态组织均得到明显细化。与不添加稀土相比,在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中单独添加Gd与复合添加Gd、Y合金均能形成Al3CuGd弥散相,这些相能阻碍亚晶界、位错的位移,抑制再结晶；其中复合添加0.25%Gd、Y抑制再结晶效果最明显。（2）单独添加Gd与复合添加Gd、Y均能明显提高主合金元素Zn、Mg、Cu的晶内相对溶质固溶度并使元素在铸态组织内的均匀程度增加,与不加稀土合金比较,单独添加0.25%Gd各元素晶内固溶度分别由54.82%、49.63%和26.38%提高到69.78%、78.75%和42.19%；复合添加0.25%的Gd、Y的合金各元素晶内固溶度分别提高到71.74%、77.62%、51.73%；（3）单独添加Gd与复合添加Gd、Y元素对合金人工时效效果的影响相似,均可加速Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金人工时效过程中峰时效的来临,提高峰时效硬度,并且延长了峰时效的持续时间。（4）与不添加稀土相比,单独添加Gd元素与复合添加Gd、Y元素均能显著提高Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金T6时效态的强度和伸长率。其中复合添加Gd、Y元素性能最优：当Gd、Y复合含量为0.20%时合金强度达到最大值,抗拉强度与屈服强度分别达到648.9MPa、634.1MPa,稀土含量为0.25%时伸长率达到最大值,为18.5%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 超高强铝合金的概述
• 1.1.1 超高强铝合金的应用与发展
• 1.1.2 超高强铝合金的发展前景
• 1.2 超高强铝合金强韧化机理
• 1.2.1 超高强铝合金的强化相
• 1.2.2 超高强铝合金的组织
• 1.2.3 铝合金的强化机制
• 1.3 超高强铝合金强韧化研究
• 1.3.1 超高强铝合金微合金化研究
• 1.3.2 超高强铝合金变形工艺研究
• 1.3.3 超高强铝合金热处理工艺研究
• 1.4 论文的主要研究内容
• 2 材料制备与试验方法
• 2.1 材料制备
• 2.2 试验方案
• 2.2.1 均匀化处理
• 2.2.2 轧制处理
• 2.2.3 固溶处理
• 2.2.4 时效处理
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 性能测试
• 2.3.2 微观组织分析
• 3 微量Gd对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织与性能的影响
• 3.1 成分设计
• 3.2 显微组织分析
• 3.3 合金元素晶内固溶度
• 3.4 拉伸性能分析
• 3.4.1 铸态拉伸性能
• 3.4.2 时效态（T6）拉伸性能
• 3.5 时效硬化曲线
• 3.6 本章小结
• 4 微量Y对Al-Zn-Mg-Cu-Zr-0.25Gd合金组织与性能的影响
• 4.1 成分设计
• 4.2 显微组织分析
• 4.3 时效态（T6）拉伸性能
• 4.4 本章小结
• 5 Gd、Y复合微合金化对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织与性能的影响
• 5.1 成分设计
• 5.2 显微组织分析
• 5.3 合金元素晶内固溶度
• 5.4 时效态（T6）拉伸性能
• 5.5 时效硬化曲线
• 5.6 TEM组织分析
• 5.6.1 晶内沉淀相的TEM分析
• 5.6.2 晶界沉淀相TEM分析
• 5.6.3 晶粒、亚晶结构TEM分析
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢