微量Sc、Zr对高合金化Al-Zn-Mg-Cu合金组织和性能的影响

摘要

采用低频电磁铸造技术制备了3种不同Sc,Zr含量的Al-Zn-Mg-Cu合金,经均匀化处理、热挤压、固溶和时效处理后,借助光学显微镜(OM)、差热分析(DSC)、钨灯丝扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、维氏显微硬度计、万能实验拉伸仪及电导率测试仪等设备对含微量Sc,Zr的高合金化Al-Zn-Mg-Cu合金挤压件的强韧性进行了研究,探讨微量Sc,Zr在高合金化Al-Zn-Mg-Cu合金中的存在形式和作用机理,并对相关热处理工艺制度进行优化。本研究主要内容包括：
　　①添加0.15％Sc、Zr的3＃合金,由于Sc、Zr原子会和Al原子作用在合金凝固过程中析出初生Al3(Sc,Zr)相粒子,该粒子先于α(Al)基体形核,起非均质形核的作用,使3＃合金的铸态晶粒尺寸显著细化于不含Sc、Zr的1＃合金。
　　②在Al-Zn-Mg-Cu合金中复合添加微量的Sc、Zr,在均匀化热处理过程中会析出均匀、细小、弥散的次生Al3(Sc,Zr)相粒子,这些粒子与α(Al)基体共格,可以强烈钉扎位错和亚晶界,阻碍晶界的迁移和亚晶粒的长大,有效抑制合金的再结晶行为,提高合金再结晶温度。
　　③次生 Al3(Sc,Zr)相粒子与合金中的位错有着强烈的交互作用,位错在切过或绕过该粒子时必须要消耗额外的能量,提高了合金的强度。含0.15％ Sc、Zr的3＃合金在不同热处理态的力学性能比不含Sc、Zr的1＃合金均有显著提高。
　　④在不同Sc含量的2＃、3＃合金中,合金的铸态晶粒尺寸随Sc含量的增加而降低;合金在抑制再结晶行为上都有显著效果,而与Sc含量的变化影响不大。在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中添加微量的Sc可以显著提高合金的力学性能,Sc在合金中的强化机制主要包括:细晶强化、亚结构强化、析出强化。
　　⑤通过对含Sc高合金化Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金热处理工艺制度的研究,发现适宜的热处理工艺为:420℃/3h+475℃/2h+120℃/24h+170℃/30min+120℃/24h,不仅可保证合金具有很高的强韧性,同时可以提高合金的抗应力腐蚀性能。