Al-Zn-Cu三元系低Cu侧相平衡、相变与扩散的研究

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1、东北大学博士学位论文摘要AI-Zn-Cu三元系低Cu侧相平衡、相变与扩散的研究摘要AI-Zn-Cu系是铝基轻合金中具有重要实际意义的基础系统之一，对该系fee固溶体溶解度间隙的认识当前存在重要矛盾。而正确认识该系fee固溶体的溶解度间隙，对于研究含Zn,Cu的铝合金淬火后时效初期的脱溶行为，控制铝合金的组织与性能具有重要的实际意义。本论文采用实验研究与热力学计算相结合的方法，对AI-Zn-Cu三元系fee固溶体溶解度间隙进行了系统的研究;并在实验测定的基础上采用Matano法分析了Cu添加对Al-Zn固溶体中扩散行为的影响;此外还研究了低Cu的A1-Zn合金中亚稳相转

2、变对组织形貌的影响。通过扩散偶一电子探针法成功地测定了低Cu侧fee固溶体溶解度间隙在277--351℃时。ll(ac,+or2)相边界的走向。明确了随着Cu的增加，Zn在a:和a2中的溶解度都降低，Cu在a2和。，之间的分配比KcauI-'大于1，即Cu主要分配在a2相中。这表明AI-Zn-Cu三元系fee固溶体溶解度间隙呈发散状，可以由Al-Zn侧连续过渡到Al-Cu侧。研究还确定了低cu侧fee固溶体溶解度NJ隙在351℃以上仍然存在。这时随着Cu的增加，Zn在。。中的溶解度降低而在a:中的溶解度增加，Cu在a2和。，中的分配比K%"'仍明显大于to这表明Cu的

3、添加提高了Al-Zn二元fee固溶体溶解度间隙的存在温度。实验研究结果表明AI-Zn-Cu系fee固溶体溶解度间隙在整个空间应该呈“隧道形”的发散状，与热力学计算结果一致，而不是根据早期实验所认识的呈“钟罩形”的收敛状。通过热力学计算，获得了对AI-Zn-Cu系fc。固溶体溶解度间隙完整形状的正确认识。明确了其形状应该是从Al-Zn侧连续过渡到AI-Cu侧的隧道形，而不是此前所认为的钟罩形。计算结果得到了实验数据的有力支持。热力学解析和计算表明，利用SSOL数据的AI-Zn-Cu系fee固溶体热力学参数能很好地再现溶解度间隙的全貌;而Wisconsin热力学参数中由于

4、引入了过大的三元相互作用系数，不能正确再现fee固溶体的溶解度间隙而出现与实验不符的玫瑰形溶解度间隙，与低Cu侧在300--340℃之间a2/(al+oc2)边界走向不一致。正是这个为模拟高温相平衡而引入的三元相互作用参数在AI-Zn-Cu三元系中造成了一个温度与成分范围很宽的fee固溶体溶解度间隙岛。东北大学博士学位论文摘要无论采用SSOL数据还是Wisconsin热力学参数进行计算都表明，在Al-Cu二元系富Al角处存在亚稳的fcc固溶体溶解度间隙，其顶点温度在500℃左右，对应的Cu含量大约为13.5at%o在260360℃之间测定a2(a)/p相平衡成分时发现

5、，Al在时目中的固溶度随着C。含量的增加而增加，群份明显大于1,即Cu主要分配在p相中。在277℃以下仅存在a币的相平衡关系，此时Cu的加入增加了Zn在。相中的固溶度。利用扩散偶在260,300,320,340和3600C平衡处理后进行电子探针微区成分测定的Zn浓度分布曲线，用Matano法分析了Cu添加对Al-Zn固溶体中扩散行为的影响，首次定量地确定了添加少量Cu对高Zn含量fcc固溶体中的互扩散系数有明显降低的作用。此外，随着Zn浓度的提高，Al-Znfcc固溶体中的互扩散系数也明显增加。退火后的Al-39at%Zn-2at%Cu合金由a,(3Zn和CuZn4三

6、相组成，经冷变形和重新加热之后，亚稳的CuZn4相向T'相转变。这一转变引起了pZn的异常细化，而且细化pZn相的数量及区域分别随着温度的升高而增加和扩大。另一方面，产生(3Zn相细化的前提是在AlZn-2Cu合金中形成粒状的pZn相及引入冷塑性变形。关键词AI-Zn-Cu三元系，相图，fcc固溶体，溶解度间隙，扩散偶一电子探针法，相平衡成分，热力学计算，Matano法，互扩散系数，亚稳相转变，异常细化东北大学博士学位论文AbstractInvestigationonPhaseEquilibriums,PhaseTransformationandDiffusionat

7、LowCuSideinAI-Zn-CuTernarySystemAbstractTheAI-Zn-CuternarysystemisoneofpracticallyimportantsystemsamongAI-basedlightalloys,andthereisinconsistentacknowledgeonmiscibilitygapoffeesolidsolutioninthissystem.Ifthemiscibilitygapoffccsolidsolutioncanbecorrectlyobtained,thereispractica