almgmnzrer合金组织和力学性能研究

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1、摘要微合金化是提高铝合金综合性能的有效方法之一。本文采用传统的铸锭冶金法制备含Er的A1．4．5Mg．0．7Mn-0．1Zr．0．4Er合金。借助硬度测试(HBS)、金相显微组织观察(OM)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)与能谱分析(EDS)、透射电镜观察(TEM)等分析测试手段，研究了退火制度对A1．4．5Mg．0．7Mn-0．1Zr．0．4Er合金的力学性能与微观组织的影响，深入分析了Er在合金中的存在形式、与合金元素的交互作用以及对合金的强化机理，并初步研究了实验合金的疲劳极限和平面应力断裂韧性，分析了

2、Er对疲劳极限和平面应力断裂韧性的作用及机理。研究退火温度和时间对合金力学性能的影响，结果表明，退火温度对合金力学性能影响很大，而退火保温时间对合金力学性能影响程度小。冷轧变形量为81．3％的合金在不同温度下退火2小时，在125℃"-'225℃之间，强度下降缓慢，225℃～275℃之间强度急剧下降，延伸率显著上升，275℃之后强度几乎不再发生变化。结合硬度法和金相法确定了合金的再结晶起始温度为225℃，再结晶终了温度为275℃。通过实验对比研究表明，冷轧板在125℃退火1个小时，合金的综合力学性能最佳。按照国标GB／T30

3、75．1982，测试了合金室温下的条件疲劳极限。合金板材在应力比R=0．1，循环寿命为107条件下的疲劳极限为293．6MPa。与传统的5083板材相比，实验合金的疲劳极限有了很大的提高。用扫描电镜对疲劳断口进行观察和分析，结果表明：疲劳裂纹起源于试样侧表面，因为在循环载荷作用下，该处存在应力集中，导致裂纹萌生和扩展。随着退火温度的提高，合金的疲劳寿命显著下降。按照HB5261．83，采用紧凑拉伸试样，测试了出合金板材的平面应力断裂韧性Kc为51．92MPa·m“z。对合金不同退火温度的试样进行了SEM和TEM观察。发现合

4、金中除了伍．A1基体、A16Mn相外，合金中存在大量的A13(Er，Zr)粒子，大小为几十纳米，这些粒子与基体成共格关系，并且弥散分布于基体中，起到了析出强化的作用。在退火过程中，这些第二相粒子并没有长大粗化，说明它们具有很好的高温稳定性。这些纳米级粒子能够强烈钉扎位错和亚结构，对晶界迁移及晶粒的长大有显著的抑制作用，阻碍了再结晶的形成。关键词A1-Mg合金；Er；疲劳极限：平面应力断裂韧性ABSTRACTTheadditionoftracemircoalloyingelementtoaluminumalloysisone

5、ofthoseeffectivemeanstoimprovethesynthesispropertiesofthealuminumalloys．Inourgroup’Searlierresearch,rare-earthelementErhavebeenprovedtohavepositiveeffectsonthestructureandpropertiesofA1-5MgandA1-Mg·Mnalloys．Inthisthesis，A1—4．5Mg-0．7Mn-0．1Zr-0．4Eralloywaspreparedby

6、usingtheMetallurgycastprocessing．Bymeansofhardnesstesting，tensilepropei'tiesmeasurement，opticalmicroscopy(OM)，X-raydiffraction(XRD)，scanningelectronmicroscopy(SEM)，transmissionelectronmicroscopy(TEM)andenergydispersivespectroscopy(EDS)，effectsofannealingtemperatur

7、eandtimeonmicrostructureandmechanicalpropertiesofA1-4．5Mg一0．7Mn-0．1Zr-0．4Eralloywereinvestigated．TheexistingformsofErandimeractions谢tllotheralloyingelementsinthealloy，thestrengtheningandrefiningmechanismwereprofoundlystudied．TlleeffectsofEronthefatiguepropertityan

8、dtheplanessressfracturetoughnessofthealloywerealsodiscussed．Itwasshownthatannealingtemperaturehasasignificantaffectonthemechanicalpropertiesandmicrostru