含微量钪、锆的Al-Cu-Mg合金组织与性能

论文摘要

本论文采用室温力学性能测试、电导率测定、金相显微分析（OM）、X射线衍射分析（XRD）和透射电子显微分析（TEM）,研究Al-Cu-Mg-Zr和Al-Cu-Mg-Sc-Zr合金在不同热处理状态下的组织和性能,优化了热处理工艺,探讨了微量Sc、Zr在Al-Cu-Mg合金中的存在形式及第二相在Al-Cu-Mg合金中的强化机制。试验结果表明:（1） Al-Cu-Mg-Sc-Zr合金适宜的均匀化退火温度为320-360℃,退火时间8小时;Al-Cu-Mg-Zr合金适宜的均匀化退火温度为360-400℃,退火时间8小时。（2）在T3状态下,Al-Cu-Mg-Sc-Zr合金薄板的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为472MPa、383MPa、18.1%,Al-Cu-Mg-Zr合金薄板的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为467MPa、372MPa、17.2%;在T4状态下,Al-Cu-Mg-Sc-Zr合金薄板的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为448MPa、292MPa、22.4%,Al-Cu-Mg-Zr合金薄板的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为455MPa、300MPa、23.8%（3） Al-Cu-Mg-Zr和Al-Cu-Mg-Sc-Zr合金在180℃、190℃和200℃下时效具有明显的时效强化特性,S′过渡相是合金的主要沉淀强化相,合金适宜的时效温度为190℃,时效时间为4h。在此条件下,两合金的抗拉强度σb、屈服强度σ0.2和延伸率δ分别为421MPa、344MPa和8.9%和441MPa、355MPa和9.6%。（4）微量Sc和Zr在Al-Cu-Mg合金中主要以次生的Al3(ScxZr1-x)粒子形式存在,该粒子与基体共格,钉扎热加工过程中的位错和晶界,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稳定化作用,部分抑制了合金的再结晶。（5）研究合金的强化作用主要来源于Cu和Mg的固溶强化、GP区强化、次生Al3(ScxZr1-x)粒子在合金中引起的弥散析出强化以及加工过程中产生的亚结构强化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 Al-Cu-Mg合金发展概述
• 1.1.1 国外Al-Cu-Mg合金的发展情况
• 1.1.2 国内Al-Cu-Mg合金的发展情况
• 1.1.3 含钪的Al-Cu-Mg合金的研究进展
• 1.2 Al-Cu-Mg合金的合金化机理
• 1.2.1 主合金化元素
• 1.2.2 微合金化元素
• 1.2.3 杂质元素
• 1.3 Al-Cu-Mg合金的组织
• 1.3.1 沉淀顺序及沉淀相
• 1.3.2 硬化机理
• 1.4 Al-Cu-Mg系合金的热处理
• 1.4.1 铸锭均匀化处理
• 1.4.2 固溶处理
• 1.4.3 时效处理
• 1.5 Al-Cu-Mg系铝合金的性能
• 1.5.1 常规力学性能
• 1.5.2 耐蚀性能
• 1.5.3 断裂韧性
• 1.5.4 疲劳性能
• 1.5.5 Al-Cu-Mg系合金强韧化发展方向
• 1.6 钪在铝合金中的作用机制
• 1.6.1 钪的物理化学性质
• 1.6.2 铝-钪合金的相图和相结构
• 1.6.3 钪与Al-Cu-Mg合金中元素的相互作用
• 3(Sc_xZr_1-x)粒子的成分与粗化机制'>1.6.4 Al₃(Sc_xZr_1-x)粒子的成分与粗化机制
• 1.7 本论文的研究目的和主要内容
• 第二章 材料与实验方法
• 2.1 实验方案
• 2.1.1 合金成分设计
• 2.1.2 铸锭均匀化
• 2.1.3 板材轧制
• 2.1.4 合金板材的固溶时效
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 硬度测试
• 2.2.2 电导率测试
• 2.2.3 常温拉伸力学性能测试
• 2.2.4 金相组织观察
• 2.2.5 XRD物相分析
• 2.2.6 透射电子显微观察
• 第三章 铸锭均匀化对Al-Cu-Mg-Zr和Al-Cu-Mg-Sc-Zr合金组织和性能的影响
• 3.1 均匀化对铸态合金硬度和电导率的影响
• 3.1.1 均匀化对合金硬度的影响
• 3.1.2 均匀化对合金电导率的影响
• 3.2 均匀化对热轧态拉伸力学性能的影响
• 3.3 显微组织结构分析
• 3.3.1 金相分析
• 3.3.2 X射线衍射物相分析
• 3.3.3 透射电子显微分析
• 3.4 分析与讨论
• 3.4.1 均匀化处理过程中铸态合金显微组织结构演变
• 3.4.2 均匀化处理对铸态合金硬度的影响
• 3.4.3 均匀化处理对铸态合金电导率的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 固溶-自然时效对Al-Cu-Mg-Zr和Al-Cu-Mg-Sc-Zr合金组织与性能的影响
• 4.1 固溶-自然时效对研究合金拉伸力学性能的影响
• 4.2 固溶-自然时效处理过程中研究合金显微组织结构特点
• 4.2.1 金相分析
• 4.2.2 透射电子显微分析
• 4.3 分析与讨论
• 4.3.1 固溶-自然时效过程中研究合金显微组织结构演变
• 4.3.2 微量Sc、Zr对Al-Cu-Mg合金的抑制再结晶作用
• 4.3.3 研究合金固溶-自然时效状态下的强化机制
• 4.4 本章小结
• 第五章 固溶-人工时效对Al-Cu-Mg-Zr和Al-Cu-Mg-Sc-Zr合金组织与性能的影响
• 5.1 时效温度和时间对研究合金力学性能的影响
• 5.2 固溶-人工时效处理过程中研究合金显微组织结构特点
• 5.3 分析与讨论
• 5.3.1 固溶-人工时效过程中研究合金显微组织结构演变
• 5.3.2 人工时效对研究合金组织和性能的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文