锆铒复合微合金化工对工业纯铝组织性能的影响

摘要

采用铸锭冶金法制备了Al-0.15Zr、Al-0.2Er、Al-0.15Zr-0.1Er、Al-0.15Zr-0.2Er、Al-0.15Zr-0.4Er合金。采用金相组织观察、X射线衍射分析、扫描电镜观察、EPMA区域定量分析、透射电镜和高分辨透射电镜观察等组织分析技术以及硬度、拉伸强度和电阻率等性能测试手段，研究了5种实验合金在不同状态(铸态、均匀化态、冷轧态、退火态)下的微观组织和性能，分析讨论了不同状态合金中Zr、Er的主要存在形式和作用机制。得到的主要结论如下:
　　 单独添加0.2％Er不能细化工业纯铝的晶粒，但能有效细化二次枝晶组织，0.15％Zr+0.2％Er复合添加的细晶作用与0.15％Zr单独添加的相当。在本实验条件下，测定Er在工业纯铝中的最大固溶量约为0.09％，Er能和工业纯铝中的Fe发生交互作用，使工业纯铝中的铝铁相由粗大的针条状、骨骼状转变为较小的短棒状及块状，同时基体中会出现微米级、球状或类球状的含Er富铁相，但Er添加量大于0.2％时晶界会有初生Al3Er相析出。
　　 在400℃退火时，复合添加0.15％Zr+0.2％Er合金的峰值硬度较铸态合金提高55％，大于两者单独添加产生的强化效果之和，这主要是因为合金中析出了Ll2结构的纳米级Al3(Er, Zr)复合相，与基体共格，其心部富含Er而外层富含Zr，在400℃下的粗化速率明显低于Al3Er相。Al3(Er, Zr)相较好的强化作用及耐热性能得益于Er和Zr的协同作用，扩散较快的Er在基体中先形成Al3Er，为Zr的脱溶析出提供形核长大的核心，促进Al-Zr固溶体的分解，而扩散较慢的Zr吸附在析出相的外层，抑制析出相的粗化。
　　 微量Zr、Er显著提高了合金的再结晶温度特别是再结晶终了温度，Al-0.15Zr-0.2Er合金的再结晶开始温度和终了温度达到300℃和450℃。对于Al-0.15Zr-0.2Er合金的再结晶，亚晶聚合和亚晶长大为主要的形核机制，细小弥散分布的Al3(Er, Zr)粒子钉扎位错、亚晶界和晶界，使再结晶温度大幅度提高。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 Zr在铝合金中的微合金化作用

1．2．1 基本性质

1．2．2 存在形式

1．2．3 作用机制

1．3 稀土元素Er及其在铝合金中的应用

1．3．1 概述

1．3．2 Al-Er相图

1．3．3 在铝合金中的应用

1．4 铝合金复合微合金化研究

1．5 本课题的研究目的和主要内容

第二章 材料制备与实验方法

2．1 实验方案

2．2 材料制备

2．2．1 合金的熔炼

2．2．2 热处理与轧制

2．2．3 稳定化退火

2．3 性能测试

2．3．1 硬度

2．3．2 电阻率

2．3．3 拉伸强度

2．4 组织观察与分析

2．4．1 金相组织观察

2．4．2 X射线衍射分析

2．4．3 SEM观察与能谱分析

2．4．4 EPMA区域定量分析

2．4．5 TEM观察与分析

第三章 锆铒对工业纯铝铸态组织和性能的影响

3．1 对组织的影响分析

3．1．1 金相组织观察

3．1．2 X射线衍射分析

3．1．3 SEM观察与能谱分析

3．1．4 EPMA区域定量分析

3．1．5 TEM观察与分析

3．2 对性能的影响分析

3．2．1 硬度

3．2．2 电阻率

3．3 存在形式与作用机理

3．4 小结

第四章 退火对含锆铒合金析出行为及性能的影响

4．1 性能测试

4．1．1 硬度

4．1．2 电阻率

4．2 第二相分析

4．2．1 分布和尺寸

4．2．2 微观结构

4．3 强化机制

4．4 耐热机理

4．5 小结

第五章 含锆铒合金的再结晶行为研究

5．1 再结晶温度的测定

5．2 组织观察与分析

5．2．1 金相组织观察

5．2．2 透射电镜观察与分析

5．3 再结晶形核机制

5．4 第二相对再结晶的影响

5．4 小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间主要研究成果