（材料物理与化学专业论文）alznmgsczr合金组织与性能的研究.pdf

摘要 采刖 ； 锭冶会办泄；，制备了a i 6 2 z n 一2 0 m g - 0 2 5 s c 0 1 2 z r 和 嘲为2 z n 2 0 m g 两种介金。测试了含金n 不f i _ j j ：状态下的扎仙力学性 能、小州寸敛：状态下的确j j = i = 硬度和再结t i i l 温度。采h j 金棚- ! | ! 微镜和 透射电子娃微镜分析了合金在不同条件下的显微组织和结构，通过 对比分析两种合会的力学性能与显微组织结构，研究了微量s c 和z r 对a 1 z n m g 合金组织与性能的影i 响，以及a 1 z n m g s c z r 合金的 时效硬化特性和再结品行为，探讨了s c 和z r 在合金巾的存在形式 和作用机理，a 1 z n m g - s c z r 台金的时做动力学和再结品成核机制。 骆粜农l j ： 微苴s c 和z r 能够明显提商a 卜z n m g 合金的拉伸力学性能，】2 0 时效2 4 , j q t , j 后添s c 和z r 的2 。合金o 。增加剑5 4 3 m p a o 。 达5 0 9 m p a 比l f _ 未添加s c 和z r 的1 。合金的o 。和o 。，分别高9 7m p a 和1 0 4 m p a ，m 延仲率f j 保持在较高的水j f ，为1 0 6 ： 微篮s c 和z r 靠：a i z n m g 合金 一除少量涠溶于a ( a 1 ) j 占体 【i i ，人部分以i jn u 化合物a i ，( s c ，z r ) 卡h 的形式存在：一次a 1 ；( s c ， z r ) 十1 i 粒子，早办块状n ：合金凝时起非均质品核的作瑚，町疆 酱细化合金的铸念舳粒纠【织；二次a i ；( s c z r ) 柑粒子细小，弥敞， | 【“体j k ，土仃妊烈钉扎位锚和品界，稳定合金亚结构以哎沉 淀嵌化作用： a j - z n m 母s c z r 合金相! 不同时效温度卜_ 随时效时n u 的延长j l 仃 明1 勺时效硬化特性，弦e l 随着时效温度的升高，合金达到时效硬 度峰值的时问缩短，牛1 应的时效硬度峰值减小，其中合金在1 2 0 时效j 仃较稳定和较好的综合性能；a i - z n m g s c - z r 合金与a 1 一z n m g 合金的寸效强化机理棚似，主要是合金中l l 和i l 相析 的强化 作用： 在a l 。z n m g 合金中添加微量的s c 和z r ，抑制了合金的再结晶， 显著提高了合金的再结晶温度使a i z n - m g s e z r 合金的再结晶开 始和终了温度分别高达5 3 5 和6 0 0 ；该合盒的再结晶形核机制为 亚晶离解、亚晶聚合和亚晶长大的联合作用。卜 、 关键词：a i z n m g - s c z r 合金组织：7 性能再结晶 时效制度 ab s t r a c t t h ea i 一6 2 z n 一2 o m g 一0 2 5 s c 一0 1 2 z ra n da i 一6 2 z n 2 0 m g a l l o y s w e r ep r e p a r e db yi n g o t - m e t a l l u r g yp r o c e s s i n g t h et e n s i l em e c h a n i c a l p r o p e r t i e so ft h es t u d i e da l l o y sa td i f f e r e n tt r e a t m e n t s ，t h eh a r d n e s so f h ba td i f f e r e n ta g e i n gt r e a t m e n t sa n dt h et e m p e r a t u r eo fr e c r y s t a l l i z a t i o n o ft h ea i 一6 2 z n 一2 0 m g - 0 2 5 s c 0 12 z rw e r et e s t e d t h em i c r o s t r u c t u r eo f t h et w oa l l o y sa td i f f e r e n tt r e a t m e n t sw e r eo b s e r v e db yu s i n go p t i c a l m i c r o s c o p ya n de l e c t r o nm i c r o s c o p y b yc o m p a r a t i v ea n a l y s i s o ft h e m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n dm i c r o s t r u c t u r e so ft h et w oa l l o y s ，t h ee f f e c to f m i n o rs ca n dz ro np r o p e r t i e sa n dm i c r o s t r u c t u r e so ft h ea i z n m g a l l o y s ，t h ea g eh a r d e n i n gb e h a v i o u ra n dr e c r y s t a l l i z a t i o no fa i z n m g - s c z rw e r es t u d i e d a n dt 1 1 ee x i s t e n c ef o r m sa n da c t i n gm e c h a n i s m so f m i n o rs ca n dz ri na l l o y s ，d y n a m i c so fa g ea n dt h er e c r y s t a l l i z i n g n u c l e a t i o nm e c h a n i s mo ft h ea 1 - z n m g - s c z rw e r ed i s c u s s e d t i l e r e s u h sa r ea sf o i l o w s ： m i n o rs ca n dz rc o n s i d e r a b l yi m p r o v e sm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f a i - z n m ga l l o y , a n dt h eob a n doo ：o ft h ea i z n m ga l l o y sw e r e i n c r e a s e d9 7 m p aa n d10 4 m p ar e s p e c t i v e l ya f t e r2 4 ha ti2 0 。c ，a n d 6i s io 6 a n ds t i l lb e t t e r ； m i n o rs ca n dz ri nt h es t u d i e da l l o y sm a i n l ye x i s t si nf o r mo fa 1 。 ( s c ，z r ) o n l yaf e wo f t h e mi nt h eq ( a i ) s o l i ds o l u t i o n t h ep r i m a r y p h a s eo fa 1 3 ( s c ，z r ) i sc o m p a r a t i v e l yc o a r s ea n de x i s t si nas q u a r e p a r t i c l e ，w h i c hc a na c ta sac r y s t a l l i n en u c l e u sd u r i n gs o l i d i f i c a t i o no f a l l o y sa n dc o n s e q u e n t l yf i n et h eg r a i ns i z eo fa l l o yi n g o t s t h es e c o n d a r y a 1 3 ( s c ，z r ) p r e c i p i t a t e df r o mq ( a i ) i sd i s p e r s e da n dc o h e r e n tw i t h t h em a r t i x ，w h i c hc a ns t r o n g l yp i ng r a i nb o u n d a r ya n dd i s l o c a t i o n s ， s t a b i l i z es u b s t r t t c l u r e so ft i l ea l l o y ，a n dh a sp r e c i p i t a t i o ns i r e n g t h e n i n gt o t i l ea l l o y ； w i t ht i l ei n c r e a s i n go fa g e i n gt i m e t h ea i z n m g - s c z ra l l o y sh a s r e m a r k e da g el l a r d e n i n g t h et i m et a k e nt or e a c hm a x i m u ml l a r d n e s s d e c r e a s e da n dt i l ec o r r e s p o n d i n gm a x i m u mh a r d n e s s d e c r e a s e d w i t h i n c r e a s i n ga g e i n gt e m p e r a t u r e t i l eb e t t e rp r o p e r t i e so fa i z n - m g - s c z r a l l o yw e r eo b t a i n e da f t e r2 4 ha t 12 0 t h ea i - z n m g s c - z ra l l o y r e s e m b l e sa i - z n m ga l l o yi nt i l ew a yo ft h ea g eh a r d e n i n gm e c h a n i s m ，i t i st h er e a s o no f t h es i r e n 【g t h e n i n go fr l a n df lp r i m a r i l y ； m i n o rs ca n dz r i nt h e a 1 一z n m g a l l o y s c a n r e s t r a i n r e c d s t a l l i z a t i o na n dr e m a r k a b l yi n c r e a s et h er e c r y s t a l l i z i n gt e m p e r a t u r e o ft i l ea l l o y t i l es t a r t i n gt e m p e r a t u r ep o i n ta n dt i l ee n d i n gt e r n p e r a t u r e p o i n ta r e5 3 5 a n d6 0 0 r e s p e c t i v e l y t i l er e c r y s t a l l i z i n gp r o c e s s p r e s e n t si t s e l ft h en u c l e a t i o nm e c h a n i s mo ft h ea l z n m g - s c z ra l l o y i n v o l v i n gt h es u b g r a i np a r t i n g t h es u b g r a i nc o a l e s c e n c e ，t h es u b g r a i n g r o w t h , k e 、w o r d s ：a i z n m g s c z ra l l o y r e c r y s t a l l i z a t i o n p r o p e r t y m i c r o s t n l c n l r ea g e i n gs y s t e m l ；l ：啦大学坝l ? 学位沦互 a i - z n m g - - s c - z r 介金组纵1 j 性能的研究 第一章文献综述 i 1 含钪铝合金的国内外研究概况 禽钪锃；合金强度高，塑性好，烘接性能优良，是一种瓤型的高 强、高韧、口j - f 舒j 合金【i - 1 i 。前办联自从1 9 6 5 年公布了第一个a i s c ：冗合金相罔后，已进行了大量丁作i i 。 财j ：町烬a l z n m g 合企，在俄岁斯( 1 9 1 5 ，1 9 2 5 ，1 9 3 5 ，1 9 1 1 ) 硬闻外( 7 0 0 5 ，7 0 2 0 ，a i z n m g i ) 符种j ：、i k 领域中得到了广泛的应用。 本l i i = 纪6 0 、7 0 年代j i ：发的所有这些合金都具有巾等强度及良好的可 烬性和耐腐蚀。舱能，冶会牛产和加一r 性能也非常好。保持迤r | 1 的锌、 镁禽芷( 蕾、镁总含量般保持在5 6 5 范陶内) ，选择最t # 锌镁 比，以及添加少量过渡冗素，如锰、锆、铬等，可使合金获得良好 的综介性能i l i 。现有的商心可焊a 1 z n m g 合金主要应刚在建筑、运 输土穰及r f ：多j 它工、l k 领域，对予巧i 喇的私成黼类型和热处理条件， 介金的机械性能一般为：抗拉灶度为3 0 0 4 5 0 m p a ，删服强度为 2 0 0 3 5 0 m p a ，延伸率为1 0 2 0 。众所j 占j 知锌、镁含量较高的a l z n ，m g9 f 缂合金强度较高，但抗腐馊，f 裂性能很差，因而在实际中 没仃得到心用。 8 0 年代术垒9 0 # f 代，俄罗斯对铳、过渡金属与铝及铝合金闸 的搴| | 互作用进行了系统的研究。研究表明添加铳对a 1 m g 、a i 。z n m g 合金性能和组织的影响足最好的。在这些系列的合金中添入少量的 钪能极人地提高再结晶温度，以至于所有的半成品，包括冷轧薄板， 在退火或淬火屠，都具有非再结晶( 多边形化) 组织，从而产生亚 结构强化。现在他们已研制出了0 1 9 7 0 和0 1 9 7 5 合金，添加有m n 、 z r 、t i 、c u 的a i - z n m g - s c 合金，具有更好的加工性能和焊接性鑫1 。 r 甫l 螗大学峨l j 学缱硷空 a i - z n - m g 、q e - z r 舟金e l i g , 。i 性蘸的研究 令今，俄岁斯l ，i ：发了儿个系列的含钪工业形变锚合金，这些 合企i ：要仃卜州体系：a i m g 系( 0 1 5 1 3 ，0 1 5 2 3 ，0 1 5 7 5 0 1 5 4 0 。0 15 7 0 ， 0 5 7 l 等) ：a 1 z 1 1 - m g 系( 0 1 9 7 0 ，0 1 9 7 5 等) ；a i m g - l i 系( 0 1 4 2 l ， 0 1 4 2 3 ) ：a 1 c u l i 系( 0 1 4 6 0 等) ；a 1 z n m g - l i 系( 0 1 9 8 l 等) 。所 仃丌发的含 ) i l ：舒：合金的强度挪比术加钪时有明显的提i 留且同时具有 良好的焊接性能1 4 i 。 址然钪九i ：业智：合企。| l 的应用问题，已进行了刁i 少研究工作， 也取得了螋令人鼓舞的成果，但其研究的深度和广度远远落后于 新发腱起米的a 1 l i 合金，距其实心化和建立起含铳合金系列尚很 远还需要打：合企化( 复合加入过渡族元素m n 、c r 、z r 、t i ) 、时 效制度和戍心。阽能( 如疲劳、断裂韧性、高温强度、耐蚀性能等) 方i f f 作系统深入的i ：作。含钪的合金除有高强度以外，还有优异 的口m 住和耐 ! i 性，这怂超硬铬 和a 】“合金所无法比拟的这娃 示了钪 ：发聪新代高强、耐热、叮焊和抗叶f 子辐射钒合会方面的 优越引。仳址住过去年代罩，r h j ：价格因素，含铳铝合会丰要 足n ：0 ：i ：鄢| 、j 扶得应硝。随糟苏联的解体和市场经济的建立含铳 引合金的避步应用和撤f 。便受剑了严重的f f l 器。为此俄罗斯方衙 通过九：改进和完善铳的提取l ：艺和技术以降低其成本，研究j # 高纯 钪的随h j 特别是发展q j 问合金的生产和应用，以及开拓含铳销合金 的叩转民应刚，促进含铳锚合金工业生产等方面积极努力，以促避 该类合金( t j 6 j t ：究、j f ：发和应h j 。 除前苏联外，美、r 1 、巍i 等国都对禽钪铝合金的研究做了不少 - i ：作，小过，工作和成粜最多的仍是前苏联 1 1 。我国的a 1 s c 合金研 究还处j ：起步阶段，但从实际情况来看，一方丽我国钪资源条件非 常丰富。当前仍是氧化铳的圭要输出国；另一方面我国几乎没有进 行钪的应用，i ：发，特别是含钪锚合金的应用开发。实际上通过含钪 锅合金的成用开发，不仅可以解决钪的应用问题，帮助摆脱我国目 啊l ：札人学碰j 二学位沧殳 a i - z r t - m 8 轧z r 合金组 ：i j 性能的研究 前钪i ：j k 的闲难，l i j | i 对j i 我因国民经济和乍事科学技术f f j 发腱也 仃轿n 人的作用和意义l 副。h 前，t l t m k 人学及尔北人学等币伶 已，l ：腱了北墟砒1 ：作1 1 2 i ，爿：墩得了定进j 建，仃待进。步做深 入的研究。 1 2铝合金内钪含量范围的选择 研制 f 发含钪钳j 合会的一个重要问题，就是如何选择钪的含量 范【二l ；l 。擀资料介缁1 6 l ，铳最佳浓度的选择，应遵衍以下原则：在椭 当于1 | ； j 合金铸锭连续铸造的结晶条件下要使人部分s c 处于过饱和 的阎溶体内，和：随后的i ：艺加热条件t - ，禽s c 的固溶体分解并形成 蛾人弥敞度的a i ；s c：次化合物相质点从而保证明砬地提高再结 1 1 1 1 温度和强化合会：j 外少部分的s c 应该花结品时以一次化合物a l ，s c 质点折，对铸锭或臀。i 缝内的铸造品粒朔【纵起细化作刚。为了 农i i 不问s c 含精留；合金的性能比较 钪含量 口0 2 ob6 ( )( m p a )( m p a )( ) o 9 07 04 13 oli o o8 03 9 3 o 21 8 01 6 01 78 0 32 4 0 2 2 0 1 5 3 0 42 7 02 5 51 6 o 0 63 0 02 8 51 48 解决这个问题，对a 1 s cj f 衡相图进行了研究，钪与铝形成有限溶 解度的共晶类型j f 衡图。钪在铝内的最火溶解度足o 3 5 o 4 。但 是，在卡丑当于连续铸造铸锭结品的冷却条件卜，钪在a l 内会形成反 南1 业人学坝1 学位沧文a l - z n m 争s c - z r 舟金组织j 性能的研究 常的过饱和啪张= f 体( 达0 6 ) ，因此，在含o 6 s c 左右的条件一卜， n r 以达剑：几臼 介企连续锈造铸锭捩得的变形、l ，- 成晶的最大的或接 近山量人的姒度敛粜( 见表卜1 ) 。 i l fi 农町知，随符s c 含量从0 增加到0 6 ，搬度性能明显提 l f l l 啊 i 度逐渐减小。l i 此，化s c 龠量火予o 6 的情况下，强度 性能的提高可能是不人的。而在s c 含量增加剑o 6 时强度性能的 捉，断，j 有存严格规定均匀化压力加工工艺加热和热处理的温度 时问参数的条件下，确保s c 在a l 中的过饱和周溶体的最佳分解度 时，才有可能。这是因为铝合金中s c 的原始浓度越高，形成的过饱 和嘲溶体越1 i 稳定。分解速度越快，并且分解产物二次a l ，s c 质点 聚集倾向越火，聚集速度越高从而会降低合金的优良性能。冈此 在选- 择s c 的最f # 浓度时，须考虑以下因素：( 1 ) 在复杂的合金中， s c 柏：a i 巾的极限溶解度会减少：( 2 ) 钪在锚。 - 的阎溶体不稳定；( 3 ) a 1 ；s c 质点仃聚集倾向。j 外还要注意到铸锭和半成品在生产条件 。卜进行长时问的商温j 热，会发生s c 在a l 过饱和固溶体的完全分 解和分解产：物的颇大聚集。鉴_ 丁上述原因，在工业用锱合金中采用 0 6 s c 浓度_ i 足最腭恕的，而认为舡并种销合金中s c 的最合理的 极限含量址o 1 0 5 f 6 1 。 1 3 钪与铝合金中合金元素的相互作用 为了进一步提高合金材料的性能，在添加钪元素的同时，也必 将添加一些其他合金元素。钪与其他合金元素之问的相互作用对铝 合金组织与性能会产生一系列有利或不利的影响，下面将就此做简 单的评述。 1 3 1 钪与铝合金中主要合金元素的相互作用 4 r 啦1 札人学坝i ：学业论芷a i - z r t - m g - s c - z r 台套组织电性能的研究 靠j ：_ e 锚合金。卜通常采j _ j 的1 ：要会金元素( m g 、z n 、c u 、l i ) d ，m g 、z n 和l io js c 小j ( ；成化合物。凶此，行：以这螅元素为i i 要含会蜀【分的謦：合企t l t 加入s c 足合理的。l f j 笑j ：阳采崩c u 和s i 作 为i 要仑金针【分的变形留j 合企i i i 期js c 的合理性蒯逖需要做些补充的 研究。 钢：它与s c 形b 殳w 丰h ( a i 、c u 、s c ) f 6 i 。该相是往铝熔体结晶时 形成的，在随后的_ 1 ：艺和热处理加热时刁i 溶解。因此，进入w 相成 分fr 的s c 和c u 小参与龠金强化，并且它奉身降低含金的强度性能。 此外。w * t lj 贡点增力【i 合金组织内过剩棚的体积酉分率。凶此，合金 的塑性、b i l l 韧性和断裂韧性下降。但足，分析a l c u s c 状态图表 明，花c t , 含量小j 二1 5 和s c 含量小于0 2 的条件- 卜- ，不形成w 卡i i 。i 大j 此朝i 槊合会中c u 含量不越过l ：述数量，_ l j i | s c 的有益效果 a ，以认为怂口，行的合艘的。 硅：硅减小智；熔体结链时形成的s c 在a it f t 过饱和i 占j 溶体分解 时的强化效心，并急剐降低含s c 舒：合金半成晶f n 再结晶温度，这主 要是f i lj ：住j i 【l 硅和增加硅含量的条件下，会改变嗣i ：i ：体分解特性 | | | 连续分解变成断续的分解。断续分解的产物受辛| 【夫。在合金单位 体_ ； 内它的分稚密度| 1 月显减少。 j 外硅还会与s c 形成化合物。所以 在含s c 钟；合金中，硅的含量小应超过o 1 5 。 铁：杂质铁与s c 不形成化合物，l i 改变铳在铝中围溶体的分解 特性j e 本身4 i 减小钪对销合余组织和性能的影响。但魁，如同其 它工q 扯舒；合金一样，禽钪铝合金t f l 铁的含量心加以限制，有关资料 建议，可按一般的无铳工业铝合金的规范来控制f 6 1 。 1 3 2 钪与过渡族金属的相互作用 不同的过渡族金属对含钪铝合金组织和性能的影响及与钪相互 5 l l | 舟j 蛾人学颁j j 譬玲沦芏 a i - z n - m t z - s e - z r 台金- q i 纵性能的研究 作州的情7 兕也1 i l 叫，卜山i 就参考义献分别简述s c 与z r 、m n 、t i 、 c r 、v 、h f1 1 i ：作用f 由t ! 砂d l 。 锆：禁积的试验农l 刃。s c 应浚1 iz r 斟h , t ) j n 入到簧 合金中，加 入z r 的必要批j 它颇人地( 达5 0 ) 溶ta i ；s c 相有关。同l , t n 成 n qa 1 ；( s o 、z r i ：、) 保持了金属问化合物a l ；s c 全部有旋的性能，并具有 了新的有益的性能。初生的a 1 ，( s c z r ，。) 搁质点以及a l ；s c 襁质点都 赴铬t 熔体结晶时的有效核心，并能大人的细化铝合金的晶粒组织。 在不含z r 的含钪铝合金中，只有在s c 共晶浓度下( 及在o 5 s c 时) 才起剑s c 的细化作用，丽在含铳铝合金中添加z r ，可以在浓 度小的条件下( 约含0 2 s c ) 起到s c 的细化作心。在铝熔体结d d 时形成的s c 和z r 在铝中的过饱和固溶体在分解过程中，析出第二 ：| a 1 ；( s c 、z r h ) 质点这种质点象a l ；s c 质点一样弥散和引起强烈的 抗雨结品效应和强化效应，但它与a l ，s c 刁i 同点存于，a i ；( s c z r 。) 金属n u 化合物质点存高温加热下聚集倾向小得多，p 司此在它形成 时颇大程度l ：保持了抗再结晶效应和强化效应，此外z r 提高互艺加 热 艋度，增加加热的时问而不减小s c 的有益作用。文献报道， a i ，( s c 、z r 。j 丰n 是纯a l ，s c 村l 的基础l 的置换阎溶体。这罩s c 被性质 接近的z r 置换。h 保持了晶格类型，品格常数变化很小。z r 可以 置换5 0 s c ( 质量百分比) ，因而a i ，( s c z r 。) 幸r 的相成分足可变的， 并南z r 在该相中的溶解度来改变该相的性能，其中包括相质点的热 稳定性，在高温加热时的聚集倾向。试验表明，其有锆溶解量最大 的a i j ( s c , z r 。) 相质点具有最小的聚集倾向，分析a i s c - z r 合金铸锭 的显微硬度与在4 0 0 时保温时间的关系曲线表明( 图1 1 ) ，最佳 成分是具有同样钪与锆比的合金( a i - 0 7 5 s c - 0 7 5 z r ) 。因此，为 了保持和甚至加强s c 的有益性能，在_ z ! l k 铝合金中s c 和z r 含量之 问的比应该是1 ：l 。 实践表明6 l ，在用锆合金化的铝合金中，z r 含量超过0 1 0 0 1 5 巾扁f , i k 人学坝f 二学f t 论文 a - z m 8 - & - z r 金组 ： 与性能的研究 时会7 臣成 1 【人的次金属n q 化合物a l ，z r ，特别足浇注大铸锭时 考虑刮返点，s c 含量心该等j ：z r 即o 1 0 - 0 1 5 。i e 缘合金纰分 那样，小址个部口j 能 特在的留i 部被利用上了，考虑剑这点，s c 含量 应该提l 啊剑0 15 - 0 3 0 。试验表明当s c 含量从0 4 减少到o 2 时， 它的灶化作用l 蚶丝减少，在这利情况一卜，加z r 不但可起到稳定剂作 用，i 叮i l 还起到强化刑作用；依靠增由i i 原始固溶体的过饱和度和村i 应的增加j e 分解产物的弥敝度，强化效应可提i ：il 倍多。因此，n ： 铝合金州较少的钪( 0 2 ) 合金化时，z r 的作用大大增加。同时 因为a 1 s c 合企发腱的域人障甜足s c 的价格问题而z r 的引入 人人降低了成小，捉。：i 了设益。所以铬j 合金的钪锆复合合金化埘含 钪管 合金的发展j 女仃深远的意义1 7 i 。 蚓1 i在总必l l l j 的条件下，不同铳和锆含皱比的a i - s c - z r 合金 系铸锭鼎微硬度与在4 0 0 c 退火时间的笑系 x l5 s c ；d i1 ) + 1 ( y z r ：1 ) 7 5 s c + o ，1 5 z r o5 s c + 1 o z r ：- - - - 0 2 5 s c + 1 2 5 z r ：+ 1 5 z r 锰：锰与钪不起作用，不形成金属问化合物，在含钪铝合金中 7 h ” 竹 l t 搿上啦夫。戢l 学位论芝 a i - z n - m g - s c - z r 舟钕组纵。j 性能的研究 妇l 锰，像靠：l 它一l ：业铝合金中一样，麓提积强度性缝翻改善食金的 抗腐蚀稳定悱。小过锰的j j 【j 入会降低s c 的溶解度和减少金属| 1 j j 化合 物的形成，l l 皮不，f 1 ：大量添期f ，一般蹦量在0 2 - 0 5 之问。另外，往 罐要获得超塑性、导热性时，锰的禽量要加以控制。 铁：钛如同锆一样，能溶解1 ：a i ，s c 相内。箕换s c 原子但足， 它与z r 的区别是t i 在a l ：s c 相内的溶解度相当小。钛与锆一样， 会增烈s c 的细化效果，并从其出现细化作用开始，反而减少s c 的 临界浓度。在用s c 合金化的销合金内可以加1 r i 作为和z r 一起的 综合细化剂) e 加入墼为o 0 2 0 0 6 ，同时s c 在a l 中的过饱和圈 溶体分解时，加t i 会恶化姓化指标加速软化过程。但是，在销合 金内存z r 存 ：晌条件一f ，n 的不良作用可以允分地被巾和。 铬：，l ： ； 合金内加入c f 会减少加s c 的强化效应和抗再结晶效 鹰。这一点已在a j s c 二元合金和f ：业a i z n m g - s c 系合金试验得 剑f f 定。此外，f 1 ：a 1 z n 。m g s c 系合金，弘加入c r 会减少其塑性、断 裂韧性加烈金植腐蚀祁恶化可焊性。 一 钒：住禽钪锚合金i l 加钒，会减小过饱和固溶体分解时的_ i 虽化 效应j f ：降低与加铳有关的抗再结晶效应。4 i 过，辆：合金内存卉：z r 时叮以- | 和钒的小利作用。 铃：在a 1 0 2 s c 合金内加o 1 5 h f 的试验表叫，h f 的加入加强 了过饱和筒济体分解时的强化效应和稍微提高该合金的再结晶温 度。看来。在含s c 的锅合金叶一加入h f 是柯益的。但是，为了达到 明显的效果，h f 的加入量应该比试验的i 入量大些f 6 l 。 1 4 钪对铝合金组织与性能的影响 由于钪( s e ) 既是稀元素，又是过渡族金属，所以它在铝合 金中同时具有稀土金属的净化合金、改善铸锭组织的作用和过渡族 l 晰_ i 业人学蛹 ：学似论上 a i - z n - m g s c - z r 仑套婀织与性能的研究 金属的抑制再结d 6 的作刖， i 效果义远远高j j ：这两类金属1 7 1 ，并儿 还j i 仃一些稀上兀索和过渡族金属所没仃的有益作州，例如s c 仃留： 及舒；合金巾形成的a l 、s c 共格沉淀具仃极姒烈的时效硬化作用捧j 。这 些部址j ：钪及钪1 j | ；卡| l jj ：作朋的特殊性质所决定的。 钪对钒合金绑【织和性能具有强烈的多种作蒯，j e 实质足在含钪 ；f j 合金q 形成具有尺、卜一结构与铝合金结晶格子相当的a i ，s c 相。 下i f ：i 就对铡合金的作用作简要的概述。 1 4 1 钪对铝合金力学性能的影响 文献表州”，在铝及其合金巾添加微量s c ，可显著提高合金的 强塑性。这样的强化作用大大超过了大家知道的实际卜的工业铝合 金叶i 添加的合金几索( m g 、c u 、z n 、s i 、m n 、c r 等) 的强化作用 农1 2 列了含s c 髻；合会儿种工n k 锃；合会的力学性能。 农1 - 2 禽钪舒：合金的力学性能与儿种1 ：业铝合金的比较” o b 0 02 6 编譬合氽及状态j i 要成分， m p am _ p a i 5 4 5 6 - h il 二5i m g i j 7 5 m n ，0 1 3 c r 3 0 71 3 871 2 2 l r m 63 m g l 6 5 m n 0 0 6 t i 3 l i1 5 71 5 3 a i - m g - s c ( 热挤)65 m g 1 1 4 s e 4 8 02 6 01 5 4 7 0 0 5 l 4 7 m n i4 m g - 1 ) 5 m n c r - 3 4 7 82 8 l ，27 可z r a i z n m g m n s c 4g z n 2 4 m g 03 7 m n 02 6 s c 5 5 25 1 1 ( )1 2 l 6 7 0 5 0 - t - m 6 2 z n 2 2 m g ，2 4 c u ，0 ii z r 4 9 64 3 76 7 2 i x ) i - l h2 o l i 2 2 2 c u ，1 5 m g 1 ) 0 7 z r 4 8 04 3 01 2 8 9 0 9 0 = t l j 2 5 l i ，1 2 2 c u ，0 5 m g - 01 2 z r 5 0 24 4 56 9 a i z n m g m n c r z r s c6 0 35 2 3 8 5 4 8 z n 2 4 m g 0 4 z x m n c l s c 由表町知，无论是与a i m g 合金( n o 1 n o 3 ) 、a l z n m g 系 9 f f li 。札人学颤l ? 。斗位沦之 a i - z n - m g - s c z r 合金f i l l , j , 1 卜j 性能的研究 町量f ! 合会( n o 4 ，n o 5 ) ，还足与a i - z n m g c u 系超硬铝( n o 6 ) 和a i l i 合金( n o 7 ，n o 8 ) 作比较含s c 介企的抗扎强度均比州 类合企分别撕1 1 6 1 2 3 m p a 、2 0 4 2 m p a 和1 0 卜1 2 3 m p a ，伸长率 也比删类合金弼。 1 4 2 含钪铝合金的时效硬化特性 a 1 s c 合金过饱和固溶体分解时生成共格的球形化合物a 1 ；s c ， 弥散度极高，足均质形核，自强烈的时效硬化效应1 7 i 。图1 2 为激冷 铸造a 1 s c 合金的时效硬化曲线。在2 5 0 的强化效果最强，时效3 天硬度极人位( 7 7 0 v h n ) ，但时效1 2 天v h n 值仍保持不变。时效 温度升高到3 1 0 3 6 0 ，现j f 衡相，发生过时效，硬度明显降低。 l 乜镜观察袋i i j ，铸态合金与a i z r 和a 1 h f 合金。样，是不连续析 出。 嗣i 2 激冷铸造a i - s c 合金的时效硬化曲线 冷变形合金的时效硬化速度增快，在2 5 0 c 时效3 小时。硬度 可由冷轧态的5 8 0 v h n 升高到8 1 0 v 删；时效1 0 0 h ，硬度降低到 1 0 lr 商川p 人学倾l ? 学位沧支 a i z n - m g - s c - z r 龠盘组纵。性能的研宄 6 3 0 v h n 。窝ln ：3 6 0 补定时效1 8 h ，硬度则降低剑5 7 0 v h n 。寥1 成 指冷轧余企j 铸造合企小州，a l ；s c 址迮续析过剃。豁j i 析 1 4 l 麓仃救的钉扎住i 界，会 l - ：) j t ts c 的a i m g 合金挤乐后即已完全再结i 渤i 入o 2 一一o 5 s c 的龠金，直到4 5 0 4 5 0 ，o 。：也不发生改变， 也小出现再结品组织，即使在4 5 0 以上退火，发生了再结晶，o 。 也4 i 强烈的降低。加入s c 的合金板材，再结晶温度与挤压棒材一一样， 也能冠著提高1 8 。 罔i 一4 退火温度对a i - 6 s m g - s c ( o 瓴5 ) 合会 挤压捧材( 实线) 和板材( 虚线) 屈服强度的影响 农l - 3s c 对a “5 m g 合金再结晶温度( t p 的影响 兰! l ! ：二 挤蕊捧劈蓑 嚣 基再嚣矗 e 卜卜汁 戚i ：、i k 人擘颅 ：警豫论 i - z n - m g - s c - z r 舟金a 【纵1 j r 能的研究 1 5 本文研究的目的与内容 以l ：所述口f 知，铳埘j ：群：合金自若非常仃设的合金化作用， 添加微量的s c 即町人人的提留钟 及其余仓的强度、n ，r , t t + l 、抗蚀性 以及抗i i ，子射，i 照损伤等，对发展超高缀度铝合金( o 。6 5 0 m p a ，6 l o ) 、高强ir 町烬铝会金( o 。5 5 0 m p a ，焊接强度系数0 9 5 ) 、新 型高温留：合金( 1 ：作温度3 5 0 ，o 。1 0 0 m p a ) 和高强度抗中子辐 照损伤爿；合金( 强度高于a i - m g 和a i m g s i 系合金) 是极有希望 的微量( o 1 0 4 ) 添加元素f 7 | o 而存铝合金中s c 和z r 复合添加既保 持了单独添加s c 的有益性能。又降低了添加s c 的含量，即降低了 研究和发展含s c 钒合金的费用，降低了含s c 铝合金的生j h 成本， 这仃助予含s c 钔合金向一业化方向发展的步伐，同时当今f l t ：界铝 会金的发眨趋贽是，高强发、低鬻度、高韧性等。丽n ：钒食金中添 i l j j is c 和z r 使得含铳锅合金将肯可能成为新一代高性能甘 合金的研 究南础。 对禽铳镪仑金的研究，图内还处在起步阶段，对s c 祁z i 在铬； i f ；镁合会巾的存f 1 ：形式及作用机雕热处理t 艺对a l - z n m g s c z r 合企劲【易 1 j 性能的影响以及含钪和锆合金再结 的j j 殳核机制还未 徽系统的研究，术文：恪就以上几个问题较为深入地探讨微量s c 和z r 对锚锌镁合金的组织和性能的影响，为进一步研制和丌发含钪锅合 金提供耻论和灾验依据。 南l ：业l 学坝 ：学业i 仑芷 a i - z n m 窑_ 轧- 打合金组织与性能韵研究 第二章合金制备和实验方法 为了达剑研究的h 的，制签了两种合金。通过对其进行对比 研究，探讨和毋l ：究了禽钪和锆舒；合金的组织和性能以及s c 和z r 在 其中的合金化作心。实验研究工艺技术路线如【刘2 1 所示。 窿警鬻结构舰i 卜 l 察j 斩 2 1 合金的制各 熔炼、铸造 上 铸锭均匀化 j 轧制 ， 热处理 + l 力学性能测试 剐2 - 合金i ：艺技术路线 2 1 1 合金成分设计与配料 在参阅已有文献的基础上，设计合金成分，分别为1 4 ，2 4 。两 1 4 啦i 。妊人学颀l j 学娃电之 a l - z n - m g - s a - z r 赍盘组纵0 性艟的簟i f 究 剩会企的名义成分( 霞量i f 分比) 如袭2 1 。每种会企配辩1 5 公斤， 1 e - i - a i 为a ，争e 臼；。m g 采州2i 争i ：业纯镁。z n 为_ j ：业纯锌，s c 和 z r 分别以t 脚n 合企的形式期j 入。以及合企t l ，各组分的烧损率如表2 2 。 表2 - l i i f 究朋余金的化学成分( w t ) nm g z n s cz r a i 编掌成分 l 。2 06 ，2 余量 2 。 2 o6 2o 2 50 1 2 余量 嵌2 - 2 器种含会t l i 各组分的烧损率 合会升【分 a l m g z ns cz r 烧损率( ) 41 28 2 1 2 熔炼铸造及铸锭均匀化处理 合金的熔炼、铸造试验在本系熔铸实验室进行。熔炼采用坩埚 电阻炉，坩埚为石墨坩埚，熔炼温度7 5 0 7 6 0 c ，覆盖荆采用不含 钠盐的2 4 熔剂，除气剂采用六氯乙烷( c 2 c i g ) 。依成分控制要求依 次加入各种原料，进行两次精炼，静置，扒渣，开始浇注。铸造采 1 5 ：! ：塑! ：些叁= | ! 塑主= | ! 堡丝兰笪量型坚：! ! 墨盒皇丝丝兰丝堕塑坚壅 刚铁模铸造，窄冷，浇注温度为7 2 0 7 3 0 c ，浇注前烘模至2 0 0 1 2 左 ，f i 。铸锭均匀化处州采刚输式电阿1 炉，4 6 0 保温1 2 小时。 2 1 3 板材轧制 板材轧制在中随工大材料j + 进行。将已均匀化处理和铣面后的 铸锭在箱式电阻炉中加热至4 6 0 。c ，保温2 小时。然后进行热轧， 经5 个道次热轧至4 m m 左右，中途不经巾问退火直接进行冷轧， 经4 个道次后轧制成2 m m 厚度薄板。 2 1 4 合金板材的退火 介盒饭十j 的退火在箱式电阻炉中进行。两种合金分别进行了 4 6 5 6 2 0 1h 的退火处删。 2 1 5 合金的固溶时效处