Yb和Si對Al-Zr合金時效析出行為的影響及作用機制.pdf

1、Al-Zr合金的時效析出相Al3Zr在高溫下動力學穩(wěn)定，具有較好的耐熱性能、析出強化性能及抑制再結(jié)晶的能力。然而Zr原子在Al基體中的擴散速率較低，時效過程中難以充分析出，固溶的Zr原子明顯地降低了Al合金的電導率；同時，Al-Zr合金的時效析出相Al3Zr在基體中分布不均勻，且時效后L12結(jié)構(gòu)Al3Zr數(shù)量密度較低，影響了Al-Zr合金高溫下抗蠕變性能和再結(jié)晶性能。
　　添加微合金化元素Yb是提高Al-Zr合金耐熱性能的有效手段

2、，同時，Si作為工業(yè)純鋁中的常見元素，對Al-Zr合金的析出強化性能有明顯的提高。本文采用顯微硬度、電導率、掃描電鏡、透射電鏡和三維原子探針等手段，在Al-0.08Zr(at.%)中添加微量合金化元素Yb以及常見元素Si，研究多元合金Al-0.08Zr-0.03Yb(at.%)、Al-0.08Zr-0.10Si(at.%)、Al-0.08Zr-0.05Si-0.015Yb(at.%)和 Al-0.08Zr-0.10Si-0.03Yb(a

3、t.%)的時效析出行為，以及Yb和Si在時效析出過程中的作用機制。
　　結(jié)果顯示，同時添加Yb和Si明顯提高Al-Zr的析出強化效果，并且0.10at.%Si的加入進一步降低Yb在Al-Zr合金中的固溶度，基體中固溶Yb濃度從0.0112at.%降低至0.0084at.%。因此，合金成分優(yōu)化為Al-0.08Zr-0.10Si-0.03Yb(at.%)。
　　同時，添加Yb和Si都有加速Al-Zr合金時效析出的作用，但其作用機

4、制不同。400℃時Yb在Al基體中的擴散速率比Zr大了四個數(shù)量級，因此時效初期僅15min時Yb在α-Al中優(yōu)先擴散和偏聚，1h后形成L12結(jié)構(gòu)Al3Yb作為Al3Zr時效析出的異質(zhì)核心，加速Zr的析出；Si可以提高Zr原子在Al基體中的擴散速率，添加Si后合金中Al3Zr的時效析出孕育期縮短至2h，含Si合金的析出相長大速率明顯高于不含Si合金，前者時效峰值時的析出相尺寸達到后者的兩倍，引起合金的抗粗化能力下降。Al-Zr-Si-Yb