稀土元素er在almg和alznmg合金中的作用机理研究

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1、{1萄要摘要在铝合令中添加微量合金化元素是提高其综合性能的有效方法之一。笔者所在的课题组通过系统的预研工作，发现稀土元素Er可以明显地改善高纯铝及AI．3Mg合金的组织与性能。在此基础上，本文采用铸锭冶会法制备了含不同量Er的AI．5Mg和AI．6Zn．2Mg合会。利用硬度测试、拉伸力学性能测试、金相组织观察、x射线衍射分析、扫描电镜与能谱分析、透射电镜观察等分析测试手段，研究了不同含量Er对这两种合会在不同状态(铸态、均匀化态、热轧态、冷轧态、退火态、固溶及时效态)下的力学性能与微观组织的影响，深入分析了Er在合会中的存在形式、与合金元素的交互作用、对

2、合金的细化与强化机理、对合金再结晶行为的影响及再结品形核机制，并初步探讨了Er对合金焊接性能的影响。同时本文还采用DSC测试及计算机模拟等方法，深入研究了Er对AI一6Zn一2Mg合金时效析出过程的影响。结果表明：不同量Er可不同程度地提高实验合金在各种状态r的的硬度与强度。当Er含量为O．4wt．％时，Er能较大幅度地提高合金强度(AI．5Mg合金的强度提高率为20～35％，A1-Zn—Mg合余约为15～20％)，而塑性基本保持不变；继续提高Er含量，强度无明显提高但塑性下降较为明显(约为20～50％)。Er对合金的强化机制主要有三种，即第二相析出强化

3、、细晶强化和亚结构强化，其中前者的强化效应较大，后两者的强化效应相对较小。Er与合金元素Zn、Mg的交互作用强度很低，难以发生交互作用，因此Er在A1—5Mg和A1-6Zn一2Mg合金中的存在形式与在纯铝中的存在形式基本一致，其具体形式与Er的加入量有关。当Er含量不超过O．25wt．％时，Er主要溶入基体形成不稳定的过饱和固溶体，大部分Er在凝固降温及随后的工艺加热过程中又以细小的次生A13Er相的形式析出。当Er含量为O4wt．％及更高时，除这两种存在形式外，部分Er在熔体结晶时形成了初生A13Er相；另外还有一部分Er在熔体最后凝固时形成了含Er或

4、A13Er的共晶化合物。Er含量低于O．4wt．％时，对实验合金的铸态晶粒尺寸几乎没有影响，但可明显减少枝晶问距，当Er含量达O．4wt．％及以上时，晶粒细化效果非常显著。在实验工艺条件下，Er有效细化晶粒的临界成分为O．4wt．％。与AI．5Mg合金相比，相同量Er可更显著地消除AI一6Zn．2Mg合金的枝晶偏析，对晶粒的细化作用也更为突出。Er对晶粒的强烈细化作用机理是：由fEr在铝中相对高的共品温度(655。C)和相对低的共晶点成分(6wt．％)，刚此Er在熔体中可形成初Ij￡京“f：照大学工学擗：}学谴诠文生Al，Er棚，它们与基体具有良好的界面

5、匹配性，可以作为非均质形梭核心，提高彤核率，还可阻碍晶技成长，促使晶核增值，从而能有效细化晶糙。一定量Er可疆嚼显攘裁实验合金蘸孬缝晶。添麓0．4wt．％Er霹後AI-5Mg合盒的起始与终了苒结晶温度均提高504C，并将A}．6Zn．2Mg合金的褥结晶温度提高40～60。C。再结晶温度的提高主要源于细小AI．；Er质点对位错和亚晶界懿钌芄髂蔫。由予Ab￡r瘊点在400℃以上时发生糕证与豢寨觋蒙，搜爨钌藐位锚和强品界的能力降低，因此船抑制再结晶的作用并不强。At一6Zn-2Mg．0．4Er合金的再结晶形核机制为亚晶聚合和亚晶长大双重机制。添加0，4娥．％E

6、r可改差实验合金的焊接接头组织，鼹低裂纹形成倾淘，提高焊接接头的塑性和缂接强度系数，在一定《鼙度上提高了合金的浑臻性能。Er可促进AI一6Zn一2Mg合金中的强化稠玎’相的析出，使得77’相更为细小弥教，加快时效进稷，提高时效强化效果，矧时r／’相的稳定性也略有下降。这是嚣为瓢瓣热入酶低了∥穗瓣溶解激活麓，虢褥降低了蘸予扩鼗所需要麓过斡努垒高度，使得组织转变在较低的温度下就能进行。综合上述实赡结果，Er是AI。Mg与A1．Zn．Mg合金的有效微量元索，添加名义成分为o．4wt．％懿Er，爵羧实验合金其鸯较磐斡综会羧嶷。关键词：稀土元豢铝合愈A1一Mg合企

7、AI．Zn．Mg台金ErA13Er力学技能擞观缎织秀结菇烽接嫒出时效ABSTRACTTheadditionoftracemircoalloyingelementtoaluminumalloysisoneofthoseeffectivemeansbywhichimprovethesynthesispropertiesofthealuminumalloysInourearlierresearchwork，rare—earthelementErwasprovedtohavepositiveeffectsonthestructureandpropertiesof

8、highpureAIandAI一3Mgalloys．Therefore，A1．5