稀土La对Al-Zn-Mg-Cu合金显微组织和性能的影响

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Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金由于具备高强度、高韧性、密度小和良好的力学加工性等优点，在汽车、航空航天和军事等方面已经有了大量应用。增强铝合金性能的方法包括变形工艺的优化、合金元素的加入以及热处理工艺的优化设计。通过微合金化可以改善合金的显微组织和析出相，加入稀土元素可以有效增强合金的力学性能。目前，La对 Al-Zn-Mg-Cu合金的微合金化效果解释的并不充分，其显微组织、相分布以及合金化形式的研究报导较少。鉴于此，本文主要研究了加入La对铝合金微观组织和析出相的影响。同时优化了铸造、均匀化、轧制和固溶时效的关键参数，以达到增强铝合金力学性能的目的。所获得的结论如下：
　　(1)对Al-6.0Zn-2.5Mg-2.5Cu-La合金的关键工艺优化的结果有：
　　a)为了获得发达的等轴晶组织，通过降低浇注温度、改变浇注方式、添加孕育剂和动力学细化过程对铸件的宏观组织进行优化。
　　b)对 Al-6.0Zn-2.5Mg-2.5Cu合金和 Al-6.0Zn-2.5Mg-2.5Cu-0.5La合金进行差热扫描量热法(DSC)检测，根据吸热峰确定共晶产物在456.2℃熔化，为了防止过烧，所以制定铸锭均匀化处理的参数是450℃×24h。
　　c)冷轧处理铝合金表面出现了大量的裂纹，热轧处理铝合金没有出现明显的裂纹，所以对Al-6.0Zn-2.5Mg-2.5Cu-La合金用热轧处理工艺。
　　d)运用布氏硬度测定来探索最佳的单级固溶制度和时效制度。根据布氏硬度的大小，把460℃×70min作为最佳的固溶工艺参数，120℃×24h作为最佳的时效工艺参数。
　　(2)对Al-6.0Zn-2.5Mg-2.5Cu-La合金显微组织和析出相的实验结果：
　　a)在Al-Zn-Mg-Cu合金中分别添加0.1％La、0.3%La和0.5%La后铸态组织得到明显的细化，使原来网状组织的第二相变得细化并在一定La含量下弥散分布。当加入0.3%La时，铸态组织中基体晶粒细化作用最为显著，晶粒大小为50μm左右。
　　b)Al-Zn-Mg-Cu-La合金的第二相主要包括η(MgZn2)相、θ(Al2Cu)相、S(Al2CuMg)相和富La的AlZnMgCu相，且稀土元素La的含量影响第二相粒子的析出。当La含量为0.3%，第二相粒子的衍射峰强度最高，结晶性最好。
　　c)经过450℃×24h均匀化处理，枝晶偏析及初生的非平衡相基本得到消除和回溶，第二相粒子(MgZn2)相、(Al2CuMg)相和(Al2Cu)相基本得到消除。
　　d)铝合金经过热轧处理后，又生成了大量的(MgZn2)相，晶粒沿着热轧方向伸长。
　　e)晶粒经过固溶处理形成过饱和固溶体，再经过时效处理，组织内部重新析出颗粒细小、弥散分布的强化相粒子，其组织和性能都得到了改善。
　　(3)对Al-6.0Zn-2.5Mg-2.5Cu-La合金力学性能的实验结果：
　　a)均匀化处理前布氏硬度随La的加入先增大后减小，当La加入量是0.3%时布氏硬度最大，为108.3HBW；均匀化处理后硬度随La的加入慢慢增强，当La加入量达到0.5%时硬度最大，为129.8HBW。均匀化处理后比处理前硬度平均提高了约20%。铝合金再经过轧制处理、固溶和时效处理后硬度都得到提高，其中固溶时效后布氏硬度提高最多，其硬度值是均匀化前的两倍多。
　　b)当添加0.3%La时，铝合金的抗拉强度最高，达到了571.04 MPa，比单纯的Al-6.0Zn-2.5Mg-2.5Cu合金提高了55.3MPa；其伸长率在La加入量是0.1%时最高，较基体伸长率从9.3%增加到10.3%。然而当La继续增加，拉伸强度和伸长率都有所降低，但是都高于基体合金的拉伸强度和伸长率。
　　c)基体合金的断口表面形貌由块状的沿晶断裂与很多韧窝组成，而加入0.3%La后则由许多大小均匀、弥散分布的韧窝构成。块状脆性断裂区域的析出相粒子中含有Zn和Cu数量比韧窝状塑性断裂区域多一些。添加La能够使第二相弥散分布，其中Zn和Cu元素不会聚集在一处，也降低了沿晶断裂发生的可能性，增强了铝合金的塑性。

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作者
薛越;
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作者单位

新疆大学;

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授予单位新疆大学;
学科材料科学与工程
授予学位硕士
导师姓名李新梅;
年度 2016
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TG146.21;
关键词
铝合金; 稀土镧元素; 显微组织; 析出相; 力学性能;

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