微量Sc和Ti的添加对商业纯Al微观组织和力学性能的影响

摘要

Sc是改变铝合金性能最好的变质剂,而如何减少Sc的使用量并提高合金性能具有重要的实际意义。本论文通过熔配法制备了Al-0.2Sc-0.04Ti和Al-0.2Sc-0.16Ti等合金,发现微量Sc和Ti添加对商业纯Al微结构和室温拉伸性能有如下影响:在晶界附近观察到了少量含Al,Sc和Ti的微米量级初生沉淀粒子,但两种Al-Sc-Ti合金(包括时效后的合金)的XRD衍射峰全部是Al的衍射峰,没有观察到与Al3(Sc,Ti)相或其它沉淀相相关的衍射峰。均匀化过程对合金微结构无明显影响,晶粒也未发生明显长大。当Ti含量从0.04％增加到0.16％时,合金平均晶粒尺寸均明显小于纯Al的晶粒尺寸(~mm)。经不同温度时效30 min后的室温拉伸测试发现:随着时效温度的升高,Al-0.2Sc-Ti合金的屈服强度σy和抗拉强度σb在略有降低后快速升高,在320℃达到最大后,又开始降低。这表明合金的最佳时效温度为320℃。虽然Ti含量增加会导致合金晶粒尺寸显著细化,但在低温区(<260℃)时效时,合金的σy并未有明显提高。这表明在目前所能获得的晶粒尺寸水平下晶粒细化引起力学性质强化效应并不明显。在所有时效温度,Ti含量增加均会导致合金的屈服应力σy略有增加。但对抗拉强度σb而言却有所不同:在低温(<260℃)和高温(>440℃)时效时,Ti含量增加也会导致σb增加;而在最佳时效温区(290~350℃),Ti含量增加对σb影响不大,甚至还会有降低。在最佳时效温区,合金的抗拉强度可能已达到Al3(Sc,Ti)复合沉淀在Al基体中的钉扎极限。此时随着Ti含量增加,Al3(Sc,Ti)复合沉淀中的Ti含量增加,其钉扎能力降低,从而导致抗拉强度降低。此外,在相同时效条件下,合金的形变硬化指数n随着Ti含量的增加而减小。这表明合金的加工硬化能力随Ti含量增加而减弱。
　　总之,Ti含量增加能进一步细化Al-0.2Sc-Ti合金的晶粒尺寸,并适当提高合金的热稳定性,但会引起最大抗拉强度、应变硬化强度和使用安全性降低。因而过量添加Ti对Al-0.2Sc合金综合力学性能改善并不有利。

目录

摘要

Abstract

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第一章 绪论

1.1 前言

1.2 稀土元素钪(Sc)

1.2.1 Sc的物理化学性质

1.2.2 Sc与铝合金中的其它元素的相互作用

1.3 含Sc铝合金发展情况

1.4 含钪铝合金应用和发展的主要障碍

1.5 铝钪钛合金的基本介绍

1.5.1 Al-Sc相图

1.5.2 Al_3Sc相

1.5.3 金属钛

1.6 Sc对铝合金组织及性能的影响

1.7 铝合金的热处理

1.8 本论文的研究目的与意义

第二章 实验方案

2.1 样品制备

2.1.1 原材料组分

2.1.2 实验材料的制备

2.2 实验方法

2.2.1 室温力学性能测试

2.2.2 合金金相组织观察

2.2.3 X射线衍射分析

2.2.4 扫描电子显微镜微观组织观察

2.3 技术路线图

第三章 Sc和Ti复合微合金化对商业纯Al微观组织和力学性能的影响

3.1 引言

3.2 Al-Sc-Ti合金的微观结构

3.2.1 合金金相显微组织

3.2.2 合金的SEM观察及EDS分析结果

3.2.3 XRD分析结果

3.3 Sc、Ti复合微合金化对铝合金室温拉伸力学性能的影响

3.3.1 应力-应变曲线

3.3.2 在不同温度下时效30min后的室温拉伸性质

3.3.3 在320℃下经不同时效时间时效后的室温拉伸性质

第四章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢