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锆对新型超高强度铝合金组织及性能的影响

谢优华

  本文以新型超高强度铝合金7A60为合金基体,逐步改变合金中微量元素Zr的含量,运用传统光学金相技术以及SEM、TEM、DSC等现代材料研究分析方法,对合金在各种状态(铸态、均匀化处理状态、锻压变形状态、固溶淬火状态、T6时效状态)下的组织进行观察和分析,并结合合金的力学性能结果,探讨了微量元素Zr在合金中的存在形式、作用机制,以及对合金组织及性能的影响规律,最后分析了含Zr铝合金的强化机理。研究发现,Zr元素在合金中有着多种存在形式,在同一状态下不同存在形式的Zr元素对合金影响的不同,有时甚至表现出相互矛盾的作用。铸态下Zr元素大部分固溶在合金基体中,此时主要以Zr原子形式存在。合金Zr含量不同,晶粒度有明显的变化。打含量从零逐渐增多,在Zr含量为0.06wt%时合金晶粒度出现一极大值,随后晶粒度又略微减小。Zr含量在0.12wt%以上时,合金晶粒度随Zr含量的增加进一步增大。晶粒直径分布也随Zr含量的增加而逐渐变得集中。均匀化状态下,固溶在基体中的Zr原子部分脱溶分解析出,形成细小弥散的Al_3Zr颗粒。Zr含量越高,则Al_3Zr的析出密度越大,分布更弥散,从而促进其它平衡相的形核析出。锻压和固溶淬火状态下,Zr元素仍以固溶在基体中的Zr原子和Al_3Zr颗粒相形式存在。Al_3Zr颗粒显著抑制合金的回复和再结晶行为,急剧降低合金的再结晶程度,使合金仍能保持较高密度的位错和扁平拉长的纤维状变形组织,巩固形变强化效果。时效状态下,一方面固溶的Zr原子与空位相结合,延缓时效初期GP区的形成速度;另一方面Al_3Zr颗粒促进时效相η’的形核析出,显著改变合金时效动力学行为,使时效动力学行为由双峰沉淀强化特征逐渐演变为典型的单峰沉淀强化特征。合金强度随着Zr含量的增加而显著提高,平均增幅达到416MPa/1wt%Zr。断裂机制也随Zr含量的变化而发生明显的转变。结合断口形貌可知,正是合金中添加Zr元素后引起的晶粒细化、形变强化、含Zr颗粒的弥散强化等因素的综合作用,显著改善合金性能,同时也使合金从延性和沿晶混合断裂机制向纯延性断裂机制转变。北京航空材料研究院硕士学位论文此外,在Zr含量较高的合金中还发现有残留的AI£r初生相。AI/r初生相脆性大,严重危害合金的性能,为此提出了一些有效的防止AI£r初生相形成及残留的措施和方法。综合合金组织及性能等诸方面因素,本试验条件下,7A60合金中Zr元素合适的添加范围是:0.06~0.14wt%。这样既不会有AI/r初生相残留,同时合金晶粒细化效果,抗再结晶行为均比较理想,合金性能稳定在较高的水平上。……   
[关键词]:超高强度铝合金;Zr元素;时效动力学;断裂机制;强化机理
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:北京航空材料研究院2002年