微量Ge對Al-Cu-(Mg)合金時(shí)效行為及微觀組織的影響.pdf

1、本文以Al-3.5Cu-(0.4Mg)合金為基礎(chǔ)合金，借助硬度測試、拉伸性能測試、剝落腐蝕性能測試等方法研究了Ge對合金性能的影響;差熱分析、透射電鏡(TEM、HRTEM)、原子探針攝影術(shù)(APT)等微觀組織觀察手段系統(tǒng)地研究了Ge對各合金組織結(jié)構(gòu)的影響，對合金中析出的異常納米級析出相進(jìn)行了初步確認(rèn)，最后分析了Ge在實(shí)驗(yàn)合金中的作用機(jī)理。主要結(jié)論如下:
　　 (1)在Al-Cu合金中加入微合金化元素Ge后，在175℃時(shí)效時(shí)，合金

2、的時(shí)效響應(yīng)速率減慢，達(dá)到峰值所需的時(shí)間從30h延長到46h，時(shí)效峰值硬度下降了12HV，抗拉強(qiáng)度降低了48Mpa;在200℃時(shí)效時(shí)，合金的時(shí)效響應(yīng)速率加快，達(dá)到峰值所需的時(shí)間從25h縮短到19.3h，時(shí)效峰值硬度未有較大變化。
　　 (2)0.2 wt.％Ge的添加，加快了Al-3.5Cu-0.4Mg合金在175℃時(shí)效的時(shí)效響應(yīng)速率;合金達(dá)到峰值所需要的時(shí)間從32h縮短到25h，時(shí)效峰值硬度提高了37HV，峰值抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度

3、和延伸率分別提高了約60MPa、70MPa和44％。
　　 (3)TEM觀察發(fā)現(xiàn)，在175℃時(shí)效峰值狀態(tài)下，Al-3.5Cu-0.4Mg合金基體中存在大量的棒狀的S'相、θ'相以及少量的片狀Ω相;Al-3.5Cu-0.4Mg-0.2Ge合金基體中存在大量細(xì)小彌散的納米級析出相、一些θ'相、以及少量的θ'Ⅱ和σ相。納米級析出相使含Ge合金具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率分別為415.3MPa、347.3MPa和1

4、7.8％。
　　 (4) Al-3.5Cu-0.4Mg-0.2Ge(wt.％)合金高溫拉伸強(qiáng)度隨拉伸溫度的升高而逐漸降低，其高溫拉伸相對強(qiáng)度優(yōu)于傳統(tǒng)的耐熱鋁合金。在150℃以及150℃以上的溫度熱暴露時(shí)，Al-3.5Cu-0.4Mg-0.2Ge(wt.％)合金顯示出了優(yōu)異的耐熱性能;在150℃熱暴露1000h后合金的抗拉強(qiáng)度仍然在400Mpa以上，相對于原始峰值態(tài)合金強(qiáng)度僅下降了14MPa。
　　 (5)不同時(shí)效態(tài)Al-

5、3.5Cu-0.4Mg-0.2Ge(wt.％)合金顯示出了良好的耐剝落腐蝕性能，欠、峰時(shí)效態(tài)樣品在EXCO溶液中浸泡96h后評級為EB+級，過時(shí)效態(tài)樣品在EXCO溶液中浸泡96h后僅為EA+級。
　　 (6)在200℃時(shí)效時(shí)，合金的時(shí)效響應(yīng)速率隨著Ge含量的升高而加快，峰值硬度和強(qiáng)度都隨著Ge含量的升高而增加。Ge含量為0.05％、0.2％和0.3％的合金時(shí)效到達(dá)峰值的時(shí)間分別為11h、9h和7h;峰值硬度值分別為110.2HV

6、、122.2HV和131.9HV;峰值抗拉強(qiáng)度分別為337MPa、369.5MPa、394.6Mpa。
　　 (7) Al-3.5Cu-0.4Mg-0.2Ge(wt.％)合金在200℃時(shí)效的析出過程如下:在合金中首先析出的是高密度的納米級X相，隨后θ'相、θ'Ⅱ相和σ相逐漸出現(xiàn)。合金中X相、θ'相、θ'Ⅱ相和σ相能在200℃時(shí)效時(shí)共同存在很長時(shí)間。
　　 (8)對X相進(jìn)行詳細(xì)的研究表明:X相為沿<001>Al方向的針狀析

7、出相，該析出相富含Al、Cu、Mg和Ge四種元素，X相中的Mg/(Cu+ Ge)比接近于1。X相均勻彌散的分布在Al基體中并且與基體完全共格，該相與Al基體的位相關(guān)系為:<100>X//<100>Al，{010}X//{010}Al。
　　 (9)基于HRTEM觀察和APT數(shù)據(jù)，我們提出了一種X相的修正模型。它的成分為Al10Mg3Cu3-xGex(0＜x＜3)。提出的結(jié)構(gòu)為正交晶系，空間群為(I)mm2，晶格參數(shù)分別為:a=0

8、.405nm，b=1.62 nm，c=0.405 nm。模擬的HRTEM像和衍射花樣與試驗(yàn)中觀察到的HRTEM像和SAED花樣能很好的匹配。
　　 (10)0.2 wt.％的Ge元素的添加促進(jìn)了X相的析出并抑制了S'相的形成，這應(yīng)該與Mg、Ge之間的強(qiáng)相互作用有關(guān)。X相的形成機(jī)理可描述如下:首先Mg-Ge團(tuán)簇優(yōu)先形成，接著Cu元素在隨后時(shí)效中進(jìn)入到Mg-Ge團(tuán)簇中，基于Mg-Ge-Cu團(tuán)簇，X相在200℃時(shí)效的條件下快速形成。在