er微合金化的al45mg07mn01zr合金的性能与组织研究

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1、摘要通过预研发现微量元素Er在高纯铝、A1．Mg、A1．Li以及舢．Zn．Mg合金中的积极作用，在此基础上，围绕Er的微合金化作用，以工业化的5083原型合金朋-4．5Mg．0．7Mn．0．1Zr作为研究对象，测定了含Er的实验合金的硬度、常温拉伸性能、高温瞬时拉伸性能和高温持久性能，以及合金的工艺性能。借助金相显微观察、X射线衍射物相分析、扫描电镜与能谱分析、透射电镜微观组织分析以及差热扫描量热法等技术手段，研究了不同含Er量的实验合金在铸态、均匀化态、热轧及冷轧态等状态下的组织。分析了Er对实验合金组织和性能的影响，对晶粒尺寸和枝晶间距的影响，对再结晶过程和组织的影响，含Er实验合金的

2、焊接以及变形等工艺性能，Er在实验合金中的存在形式以及作用机理，Er与实验合金中其它合金元素之间的交互作用，强化析出相的结构与生长过程等。结果表明：微量的Er可以提高实验合金的硬度和强度等常温力学性能，同时还可以改善高温瞬时拉伸以及高温持久拉伸力学性能。实验条件下Er的合适添加量为0．2％～0．4％(重量百分比，下同)，在0．2％以下，实验合金铸态凝固时主要形成过饱和固溶体，在0．2％"--0．4％之间除了形成过饱和固溶体以外，晶界上出现不连续的一次或离异共晶～3Er化合物，超过O．4％以后晶界析出物倾向于连成网状，将使合金的强度和塑性均有所下降。Er对合金的强化方式有固溶强化、细晶强化、

3、第二相强化以及亚结构强化，其中由于Er在合金中平衡固溶度很小，以及在实验成分范围内Er对实验合金晶粒细化作用有限，所以前两种强化方式不是主要强化方式。合金的第二相强化以及亚结构强化来源于过饱和固溶体分解形成的A16Mn、～3Er、灿3(ZrEr)复合相以及少量的～3Zr相，其中～3Er、A13Zr相以及砧3(ZrEr)复合相与基体a．A1之间存在共格关系，界面能小，形成的粒子稳定性好，可以强烈钉扎位错和亚结构，阻碍位错运动和亚晶界迁移，是合金中的重要强化相。A16Mn弥散析出可以起到一定的强化作用，但是高温下A16Mn容易聚集粗化长大而失去强化作用。Er在0．4％以下对晶粒和枝晶有所细化，

4、但不明显，在0．8％及以上范围可以明显细化铸态晶粒和枝晶间距。这主要是由于随着Er含量的增加，合金凝固时从液相中直接析出的一次A13Er相数量增加，它们可以作为a．A1结晶的核心而起到异质形核的作用，另一方面晶界处偏聚富集的Er形成网状的化合物可起到北京T业大学T学博{j学位论文阻碍晶粒长大的作用，从而有效细化晶粒。Er对合金高温力学性能的改善和再结晶终了温度的提高同样来自于沉淀析出相A13Er相及A13(ZrEr)复合相与基体的共格强化以及这些相的高温稳定性，在合金的高温力学性能中Er、Mn主要是提高合金的强度，但是会降低合金的塑性，为达到强塑性的良好结合，必须添加一定量的Zr，微量的z

5、r形成砧3Zr在合金的凝固过程中起到异质形核的作用，有利于细化晶粒，改善合金塑性。此外Zr取代砧3Er中的部分Er原子形成A13(ZrEr)复合相，该相与A13Er相比，与基体有更好的界面匹配性，而且Zr的添加可以形成更多的沉淀相，对合金的力学性能有更好的影响。含Er的实验合金板材各向异性不显著，有利于板材的加工；Er同样可以改善板材焊缝组织和提高焊接强度；随着变形量的增加，板材强度显著提高，塑性有所下降，变形量在40％"-70％之间性能变化较为平缓，超过70％以后强度迅速增加而塑性明显下降。冷轧板材经过125℃／lh稳定化处理达到组织稳定和强塑性良好结合。实验合金中Er只与Al之间有较为

6、强烈的交互作用，Er与Mg和Mn并没有形成化合物，与Zr之间形成一定量的朋3(ZrEr)复合相。但是Er影响Mg、Mn和Zr与舢之间的交互作用强度，增大Mg、Zr在Ⅱ．AI基体中的固溶度，降低Mn在a．Al中的固溶度，增加Mn与A1之间的交互作用强度，使合金凝固时析出更多的A16Mn。沉淀析出相A13Er及A13(ZrEr)相形态均为球形，当它们尺寸小于50nm的时候与基体之间完全共格，在50"--100nm保持半共格关系，更大的粒子将失去作为第二相的共格强化作用。晶界处分布的灿3Er为一次析出物和离异共晶产物，它们呈现不规则骨块状和球状，不规则状的A13Er粒子在均匀化退火过程中在晶界上

7、薄弱处会发生球化。综合以上实验结果得出结论，Er对5083原型合金妯-4．5Mg-0．7Mn．0．1Zr的组织和性能均会产生有益的影响，但是Er的作用的充分发挥需要Mg、Mn和Zr等合金元素以及工艺条件的配合。关键词：A1．Mg合金；微合金化元素Er；力学性能；高温拉伸；A13ErⅡABSTRACTMicroalloyedelementErWaSprovedtohavepositiveeffectsonstructure