Yb和Si对Al-Zr合金时效析出行为的影响及作用机制

摘要

Al-Zr合金的时效析出相Al3Zr在高温下动力学稳定，具有较好的耐热性能、析出强化性能及抑制再结晶的能力。然而Zr原子在Al基体中的扩散速率较低，时效过程中难以充分析出，固溶的Zr原子明显地降低了Al合金的电导率；同时，Al-Zr合金的时效析出相Al3Zr在基体中分布不均匀，且时效后L12结构Al3Zr数量密度较低，影响了Al-Zr合金高温下抗蠕变性能和再结晶性能。
　　添加微合金化元素Yb是提高Al-Zr合金耐热性能的有效手段，同时，Si作为工业纯铝中的常见元素，对Al-Zr合金的析出强化性能有明显的提高。本文采用显微硬度、电导率、扫描电镜、透射电镜和三维原子探针等手段，在Al-0.08Zr(at.%)中添加微量合金化元素Yb以及常见元素Si，研究多元合金Al-0.08Zr-0.03Yb(at.%)、Al-0.08Zr-0.10Si(at.%)、Al-0.08Zr-0.05Si-0.015Yb(at.%)和 Al-0.08Zr-0.10Si-0.03Yb(at.%)的时效析出行为，以及Yb和Si在时效析出过程中的作用机制。
　　结果显示，同时添加Yb和Si明显提高Al-Zr的析出强化效果，并且0.10at.%Si的加入进一步降低Yb在Al-Zr合金中的固溶度，基体中固溶Yb浓度从0.0112at.%降低至0.0084at.%。因此，合金成分优化为Al-0.08Zr-0.10Si-0.03Yb(at.%)。
　　同时，添加Yb和Si都有加速Al-Zr合金时效析出的作用，但其作用机制不同。400℃时Yb在Al基体中的扩散速率比Zr大了四个数量级，因此时效初期仅15min时Yb在α-Al中优先扩散和偏聚，1h后形成L12结构Al3Yb作为Al3Zr时效析出的异质核心，加速Zr的析出；Si可以提高Zr原子在Al基体中的扩散速率，添加Si后合金中Al3Zr的时效析出孕育期缩短至2h，含Si合金的析出相长大速率明显高于不含Si合金，前者时效峰值时的析出相尺寸达到后者的两倍，引起合金的抗粗化能力下降。Al-Zr-Si-Yb的析出相结构为(Al,Si)3(Zr1-xYbx)，Yb倾向于偏聚在中心位置，但含量仅约1at.%；Zr在析出相中几乎均匀分布，含量约为27at.%；Si在基体/析出相界面处略有偏聚；复合析出相(Al,Si)3(Zr1-xYbx)总体上不呈现核壳结构。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2耐热铝合金的研究进展

1.3铝锆合金研究现状

1.4改善Al-Zr合金性能的方法

1.5 Al-Zr合金化元素的选择

1.6本文研究意义、目的与内容

第二章 材料制备与实验方法

2.1引言

2.2实验方案

2.3实验材料制备

2.4合金性能测试

2.5微观组织观察与表征

第三章 合金时效析出组织与性能演变

3.1引言

3.2等时时效特性

3.3等温时效特性

3.4本章小结

第四章 析出相的形成及Si，Yb的作用机制

4.1引言

4.2 Al-Zr-Yb析出相与Al基体中的溶质原子分布

4.3 Al-Zr-Yb析出相与Al基体中的溶质原子分布

4.4本章小结

第五章 主要结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所发表或录用的论文