稀土La對Al-Zn-Mg-Cu合金顯微組織和性能的影響.pdf

1、Al-Zn-Mg-Cu系超高強鋁合金由于具備高強度、高韌性、密度小和良好的力學(xué)加工性等優(yōu)點，在汽車、航空航天和軍事等方面已經(jīng)有了大量應(yīng)用。增強鋁合金性能的方法包括變形工藝的優(yōu)化、合金元素的加入以及熱處理工藝的優(yōu)化設(shè)計。通過微合金化可以改善合金的顯微組織和析出相，加入稀土元素可以有效增強合金的力學(xué)性能。目前，La對 Al-Zn-Mg-Cu合金的微合金化效果解釋的并不充分，其顯微組織、相分布以及合金化形式的研究報導(dǎo)較少。鑒于此，本文主要研究

2、了加入La對鋁合金微觀組織和析出相的影響。同時優(yōu)化了鑄造、均勻化、軋制和固溶時效的關(guān)鍵參數(shù)，以達(dá)到增強鋁合金力學(xué)性能的目的。所獲得的結(jié)論如下：
　　(1)對Al-6.0Zn-2.5Mg-2.5Cu-La合金的關(guān)鍵工藝優(yōu)化的結(jié)果有：
　　a)為了獲得發(fā)達(dá)的等軸晶組織，通過降低澆注溫度、改變澆注方式、添加孕育劑和動力學(xué)細(xì)化過程對鑄件的宏觀組織進(jìn)行優(yōu)化。
　　b)對 Al-6.0Zn-2.5Mg-2.5Cu合金和 Al-6.

3、0Zn-2.5Mg-2.5Cu-0.5La合金進(jìn)行差熱掃描量熱法(DSC)檢測，根據(jù)吸熱峰確定共晶產(chǎn)物在456.2℃熔化，為了防止過燒，所以制定鑄錠均勻化處理的參數(shù)是450℃×24h。
　　c)冷軋?zhí)幚礓X合金表面出現(xiàn)了大量的裂紋，熱軋?zhí)幚礓X合金沒有出現(xiàn)明顯的裂紋，所以對Al-6.0Zn-2.5Mg-2.5Cu-La合金用熱軋?zhí)幚砉に嚒?br>　　d)運用布氏硬度測定來探索最佳的單級固溶制度和時效制度。根據(jù)布氏硬度的大小，把460℃

4、×70min作為最佳的固溶工藝參數(shù)，120℃×24h作為最佳的時效工藝參數(shù)。
　　(2)對Al-6.0Zn-2.5Mg-2.5Cu-La合金顯微組織和析出相的實驗結(jié)果：
　　a)在Al-Zn-Mg-Cu合金中分別添加0.1％La、0.3%La和0.5%La后鑄態(tài)組織得到明顯的細(xì)化，使原來網(wǎng)狀組織的第二相變得細(xì)化并在一定La含量下彌散分布。當(dāng)加入0.3%La時，鑄態(tài)組織中基體晶粒細(xì)化作用最為顯著，晶粒大小為50μm左右。

5、>　　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的含量影響第二相粒子的析出。當(dāng)La含量為0.3%，第二相粒子的衍射峰強度最高，結(jié)晶性最好。
　　c)經(jīng)過450℃×24h均勻化處理，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

6、)鋁合金經(jīng)過熱軋?zhí)幚砗螅稚闪舜罅康?MgZn2)相，晶粒沿著熱軋方向伸長。
　　e)晶粒經(jīng)過固溶處理形成過飽和固溶體，再經(jīng)過時效處理，組織內(nèi)部重新析出顆粒細(xì)小、彌散分布的強化相粒子，其組織和性能都得到了改善。
　　(3)對Al-6.0Zn-2.5Mg-2.5Cu-La合金力學(xué)性能的實驗結(jié)果：
　　a)均勻化處理前布氏硬度隨La的加入先增大后減小，當(dāng)La加入量是0.3%時布氏硬度最大，為108.3HBW；均勻化處理后

7、硬度隨La的加入慢慢增強，當(dāng)La加入量達(dá)到0.5%時硬度最大，為129.8HBW。均勻化處理后比處理前硬度平均提高了約20%。鋁合金再經(jīng)過軋制處理、固溶和時效處理后硬度都得到提高，其中固溶時效后布氏硬度提高最多，其硬度值是均勻化前的兩倍多。
　　b)當(dāng)添加0.3%La時，鋁合金的抗拉強度最高，達(dá)到了571.04 MPa，比單純的Al-6.0Zn-2.5Mg-2.5Cu合金提高了55.3MPa；其伸長率在La加入量是0.1%時最高，

8、較基體伸長率從9.3%增加到10.3%。然而當(dāng)La繼續(xù)增加，拉伸強度和伸長率都有所降低，但是都高于基體合金的拉伸強度和伸長率。
　　c)基體合金的斷口表面形貌由塊狀的沿晶斷裂與很多韌窩組成，而加入0.3%La后則由許多大小均勻、彌散分布的韌窩構(gòu)成。塊狀脆性斷裂區(qū)域的析出相粒子中含有Zn和Cu數(shù)量比韌窩狀塑性斷裂區(qū)域多一些。添加La能夠使第二相彌散分布，其中Zn和Cu元素不會聚集在一處，也降低了沿晶斷裂發(fā)生的可能性，增強了鋁合金的塑