Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金薄板的微觀組織與性能研究.pdf

1、Al-Mg系合金具有中強(qiáng)、低密、耐蝕等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航天、航空、艦船、電子、儀器儀表等行業(yè)。隨著航天航空工業(yè)的快速發(fā)展，對中強(qiáng)可焊結(jié)構(gòu)材料的要求越來越高，傳統(tǒng)的Al-Mg系合金存在兩個明顯不足，一是比強(qiáng)度低，二是焊接接頭系數(shù)較低。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合金。這類新合金不僅保留了傳統(tǒng)Al-Mg系合金良好的耐腐蝕能，還顯著地提高了Al-Mg系合金的強(qiáng)度及焊接性能。目前

2、Al-Mg-Sc系合金是國內(nèi)外新型鋁合金的研究熱點(diǎn)之一，典型代表就是俄羅斯牌號的1570鋁合金。該類合金屬于不可熱處理強(qiáng)化合金，主要是通過加工過程中的形變強(qiáng)化來提高強(qiáng)度。Al-Mg-Sc系合金經(jīng)過冷軋變形后，內(nèi)部位錯、空位等晶體缺陷急劇增加，自由能隨之升高而使合金處于不穩(wěn)定狀態(tài)，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，合金板材力學(xué)性能的平面各向異性給合金的使用帶來了許多局限，生產(chǎn)工藝中還要求控制變形和退火以

3、滿足板材對各向異性的要求，因此，研究穩(wěn)定化退火溫度、時間和微量Sc、Zr對Al-Mg系合金冷軋板材組織和性能的影響及其作用機(jī)理，以及織構(gòu)對板材各向異性的影響是十分重要的研究課題。
　　采用活性熔劑保護(hù)熔煉，水冷銅模激冷鑄造制備了Al-5.8Mg-0.4Mn(5A06合金)和Al-5.8Mg-0.4Mn-0.25Sc-0.1Zr(1570合金)兩種合金鑄錠。合金鑄錠經(jīng)熱軋、中間退火、冷軋后成2mm的薄板。利用室溫拉伸性能測試、硬度測

4、試、金相組織觀察(OM)、掃描電鏡分析(SEM)和透射電子顯微分析(TEM)等材料測試分析手段，研究了穩(wěn)定化處理及微量合金元素Sc、Zr對5A06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，1570合金薄板強(qiáng)度下降，伸長率上升，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。經(jīng)350℃/1h退火處理后，其抗拉強(qiáng)度為390MPa，屈服強(qiáng)度為2

5、64MPa，伸長率為16.5％。在5A06合金中聯(lián)合添加微量的Sc、Zr元素后，1570合金的再結(jié)晶行為受到了強(qiáng)烈的抑制，其再結(jié)晶開始與結(jié)束溫度均提高了250℃左右，使合金發(fā)生再結(jié)晶的溫度區(qū)間得到了大幅度的提高。1570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。
　　采用金相組織觀察、室溫拉伸性能測試研究了1570合

6、金薄板在冷軋態(tài)、冷軋-退火態(tài)下不同取向條件的顯微組織和力學(xué)性能，借助X射線衍射織構(gòu)測試(XRD)、背散射電子衍射分析(EBSD)及取向分布函數(shù)(ODF)等分析了1570合金薄板不同退火溫度下的織構(gòu)演變。研究結(jié)果表明:1570合金薄板在冷軋態(tài)下具有明顯的黃銅織構(gòu){011}<211>、銅織構(gòu){112}<111>和S織構(gòu){123}<634>。退火溫度達(dá)到570℃時，形變織構(gòu)急劇減弱，再結(jié)晶織構(gòu){001}<100>和{001}<110>迅速增強(qiáng)