Er對Al-Zn-Mg-Mn-Zr合金顯微組織和性能的影響.pdf

1、微合金化是提高鋁合金綜合性能的有效方法之一,本文采用傳統(tǒng)的鑄錠冶金方法制備不同Er元素含量的Al-4.9Zn-1.6Mg-0.4Mn-0.1Zr(wt.％,以下同)合金。借助硬度測試(HBS)、金相顯微觀察(OM)、X射線衍射分析(XRD)、掃描(SEM)與能譜分析(EDS)、透射電鏡觀察(TEM)、電導(dǎo)率和拉伸性能等分析測試手段,研究了稀土元素Er對實(shí)驗(yàn)合金微觀組織和力學(xué)性能的影響,深入分析了Er元素在7XXX系合金中的存在形式、對合

2、金析出相的影響及對合金的強(qiáng)化機(jī)理,并分析研究了實(shí)驗(yàn)合金的在不同時效時間和不同時效溫度下,Er元素對合金硬度的影響,從而判斷分析力學(xué)性能。進(jìn)行晶間腐蝕和剝落腐蝕的測試,觀察Er元素對實(shí)驗(yàn)合金腐蝕性能的影響。
　　 結(jié)果表明,隨Er元素含量的增加,對實(shí)驗(yàn)合金鑄態(tài)組織的細(xì)化作用逐漸增強(qiáng),這是由于Er元素細(xì)化合金的網(wǎng)胞組織,減小枝晶間距,使晶粒尺寸不斷減小的結(jié)果。當(dāng)合金中Er元素含量達(dá)1.0％時,晶粒細(xì)化效果非常顯著。Er元素細(xì)化晶粒的

3、機(jī)理是:Er元素熔于合金液中,極易填補(bǔ)合金相的表面缺陷,從而降低新舊兩相界面上的表面張力,使得晶核形成的速率增大,同時還在晶粒與合金液之間形成表面活性膜,阻止生成的晶粒長大,使合金的組織細(xì)化。
　　 不同含量的Er元素對實(shí)驗(yàn)合金各種狀態(tài)下的硬度和強(qiáng)度有不同程度的影響,Er元素能顯著提高合金鑄態(tài)、均勻化態(tài)、冷軋態(tài)和時效態(tài)的硬度,促進(jìn)實(shí)驗(yàn)合金強(qiáng)化相的析出,加快時效進(jìn)程,使硬度峰值提前。但其含量對硬度值影響不大。當(dāng)添加0.2％的Er元

4、素時,在時效態(tài)的延伸率提高約30％,而合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度也提高約8％;隨著Er元素含量的繼續(xù)增加,對強(qiáng)度影響不大,但塑性卻明顯下降。其主要原因是少量粗大的初生Al3Er相會增加微裂紋形成的幾率,經(jīng)過軋制變形以后雖被軋碎并沿軋制方向呈流線分布,但在隨后的熱處理過程中基本不會分解回溶,這些粗大的被軋碎的第二相的尖角處極易成為裂紋源,降低合金塑性。Er元素對合金的強(qiáng)化機(jī)制主要有三種:細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化,其中細(xì)晶強(qiáng)化和第二相強(qiáng)

5、化是主要的強(qiáng)化機(jī)制。
　　 采用雙級時效工藝后對不同Er元素含量的實(shí)驗(yàn)合金的腐蝕性能進(jìn)行測試。研究表明,添加0.1％和0.2％的稀土Er元素可以降低晶間腐蝕和剝落腐蝕的敏感性,甚至幾乎不出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。Er元素含量超過0.4％時,隨著Er元素含量的增加,腐蝕傾向逐漸增大。這是由于添加少量的Er元素時電極電位低而造成的陽極溶解低于Er元素在合金中的有益作用,如細(xì)化晶粒,凈化晶界,促進(jìn)第二相粒子彌散析出等;當(dāng)添加超過0.4％的稀土Er