AL-Mg-Mn-SC-Zr合金薄板的組織性能與疲勞特性研究.pdf

1、Al-Mg系合金屬于中等強(qiáng)度合金，由于其具有優(yōu)良的成形性、良好的抗腐蝕性能和較高的韌性從而得到廣泛的應(yīng)用。但是，該合金屬于不可熱處理強(qiáng)化的合金，其強(qiáng)化手段主要是加工過程中的形變強(qiáng)化。當(dāng)合金處于較高的使用溫度時形變強(qiáng)化效果部分或者完全喪失。為了進(jìn)一步滿足材料高性能的要求，前蘇聯(lián)學(xué)者首先提出微量稀土Sc元素能明顯改善鋁合金的綜合性能，且開發(fā)了一系列的Al-Mg-Sc系合金。與傳統(tǒng)Al-Mg合金相比，添加了Sc的合金不僅具有耐蝕和高韌的特點(diǎn)，

2、而且還具有較高的強(qiáng)度和良好的焊接性能。Al-Mg-Sc系合金使用前需要進(jìn)行穩(wěn)定化退火，以消除內(nèi)應(yīng)力，使之保持較高強(qiáng)度和塑性。此外，鋁鎂鈧合金板材力學(xué)性能尤其是疲勞性能的各項指數(shù)仍給合金的使用帶來了許多局限，生產(chǎn)工藝中還要求控制退火制度以提高板材的綜合性能，為此，研究穩(wěn)定化退火溫度、時間對合金冷軋板材組織和性能的影響及其作用機(jī)理，以及不同退火制度對合金板材疲勞特性的影響，為該合金的穩(wěn)定化退火制度的制定以及合金的工業(yè)應(yīng)用提供了依據(jù)。

3、　　采用活性熔劑保護(hù)熔煉，水冷銅模激冷鑄造技術(shù)制備了含Sc和Zr的Al-Mg-Mn合金。合金經(jīng)熱軋、中間退火、冷軋后成2mm的薄板。利用維氏硬度測試、室溫拉伸性能測試、腐蝕性能測試及金相(OM)、掃描電鏡(SEM)、電子背散射衍射(EBSD)和透射電鏡(TEM)分析技術(shù)，研究了退火制度對Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金組織與性能的影響。研究結(jié)果表明:隨穩(wěn)定化退火溫度的升高，Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金板材的強(qiáng)度和硬度下降，伸長率上升

4、，而退火時間對其組織與性能的影響較小。綜合考慮合金的強(qiáng)度和塑性，該合金薄板比較適宜的穩(wěn)定化退火溫度為300～350℃，退火時間為1h。合金經(jīng)150℃/1h退火處理后抗腐蝕性能最差，當(dāng)退火溫度≥250℃時，合金的抗腐蝕性能較好，基本上沒有發(fā)生剝落腐蝕和晶間腐蝕。微量Sc和Zr添加到Al-Mg-Mn合金中使其再結(jié)晶溫度提高到500℃，主要是由于Al3(Sc，Zr)粒子的存在，強(qiáng)烈地釘扎位錯和亞晶界，且亞晶合并和亞晶長大這兩種機(jī)制構(gòu)成了合金的

5、再結(jié)晶形核機(jī)制。Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金中主要存在Al3Sc、Al3Zr和Al3(Sc，Zr)等第二相粒子，這些粒子非常細(xì)小且能與基體保持穩(wěn)定的共格關(guān)系，具有顯著的析出強(qiáng)化作用和亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化作用。隨著退火溫度的升高，Al3(Sc，Zr)粒子的析出量增加，且粒子直徑也有所增大。
　　利用疲勞試驗機(jī)，掃描電鏡研究了不同退火溫度和退火時間下合金的疲勞特性。研究結(jié)果表明:Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金疲勞裂紋擴(kuò)展也分為典型的三個區(qū)

6、，即低速擴(kuò)展區(qū)，穩(wěn)定擴(kuò)展區(qū)和高速擴(kuò)展區(qū)。在裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展區(qū)，有疲勞輝紋、疲勞臺階和二次裂紋，疲勞輝紋垂直于應(yīng)力加載方向，在340℃/1h處理下，疲勞輝紋最窄，延長退火時間，合金斷口形貌沒有很明顯的變化。此外合金的疲勞裂紋擴(kuò)展速率與穩(wěn)定化退火溫度有關(guān)，當(dāng)△K=30MPa·m1/2時，340℃退火時疲勞裂紋擴(kuò)展速率最小。當(dāng)退火溫度為340℃時，隨著退火時間的延長，對疲勞裂紋擴(kuò)展速率影響不大。合金在130℃/1h和500℃/1h退火時的裂紋擴(kuò)展