简介概要

复合添加微量铬、锰、钛、锆对Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能的影响

来源期刊:中国有色金属学报2005年第12期

论文作者:贺永东 张新明 游江海

文章页码:1917 - 1924

关键词:Al-Zn-Mg-Cu合金; 微量元素; 微观组织; 强度; 延伸率

Key words:Al-Zn-Mg-Cu alloy; trace element; microstructure; strength; elongation

摘    要:采用光学显微镜和透射电镜等分析手段研究了复合添加微量Cr、 Mn、 Ti、 Zr对Al-Zn-Mg-Cu合金板材组织性能的影响。 结果表明: 复合添加微量Cr、 Mn、 Ti、 Zr的Al-Zn-Mg-Cu合金具有最佳的再结晶抑制作用。 添加0.04%Ti+0.18%Zr、 0.20%Cr+0.20%Mn+0.04%Ti、0.04%Cr+0.05%Mn+0.04%Ti+0.18%Zr、0.20%Cr+0.20%Mn+0.03%Ti+0.17%Zr 4组微量元素, 合金的抗拉强度和延伸率依次提高;强度依次增加与所析出的共格、 半共格析出相种类增加、 弥散度增大、 粒径增粗、 分布均匀性提高、 所占的体积分数增加有关, 合金延伸率增加与晶内形成的微区无析出区均匀变形有关。

Abstract: The effect of trace elements on the microstructure and testing properties of Al-Zn-Mg-Cu alloys were studied by optical microscopy and transmitting electron microscopy. The results show that with addition of 0.04%Ti+0.18%Zr, 0.20%Cr+0.20%Mn+0.04%Ti, 0.04%Cr+0.05%Mn+0.04% Ti+0.18%Zr, 0.20%Cr+0.20%Mn+0.03%Ti+0.17%Zr, respectively, the strength of the along increases, from 552.8 MPa to 711.3 MPa, and its elongation increases from 5.5% to 13.8%.The increase of the strength is related to the rising of the kinds of the phase which is coherent or semi-coherent to the matrix, the size of the particles, distribution heterogeneous and the percentage of the second phase volume. The increase of the elongation is related to the improvement of the alloy plasticity by precipitate free zone caused by quenching (Q-PFZ).The alloys with addition of Cr, Mn, Ti, Zr have the strongest effect on the recrystallization of the Al-Zn-Mg-Cu alloys.

基金信息:国家重大基础研究资助项目



详情信息展示

文章编号: 1004-0609(2005)12-1917-08

复合添加微量铬、 锰、 钛、 锆对

Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能的影响

贺永东, 张新明, 游江海

(中南大学 材料科学与工程学院, 长沙 410083)

摘 要: 采用光学显微镜和透射电镜等分析手段研究了复合添加微量Cr、 Mn、 Ti、 Zr对Al-Zn-Mg-Cu合金板材组织性能的影响。 结果表明: 复合添加微量Cr、 Mn、 Ti、 Zr的Al-Zn-Mg-Cu合金具有最佳的再结晶抑制作用。 添加0.04%Ti+0.18%Zr、 0.20%Cr+0.20%Mn+0.04%Ti、 0.04%Cr+0.05%Mn+0.04%Ti+0.18%Zr、 0.20%Cr+0.20%Mn+0.03%Ti+0.17%Zr 4组微量元素, 合金的抗拉强度和延伸率依次提高; 强度依次增加与所析出的共格、 半共格析出相种类增加、 弥散度增大、 粒径增粗、 分布均匀性提高、 所占的体积分数增加有关, 合金延伸率增加与晶内形成的微区无析出区均匀变形有关。

关键词: A l-Zn-Mg-Cu合金; 微量元素; 微观组织; 强度; 延伸率 中图分类号: TG66.3

文献标识码: A

Effect of minor Cr,Mn,Ti and Zr on

microstructure and mechanical properties of

Al-Zn-Mg-Cu based alloy

HE Yong-dong, ZHANG Xing-ming, YOU Jiang-hai

(School of Materials Science and Engineering,

Central South University, Changsha 410083, China)

Abstract: The effect of trace elements on the microstructure and testing properties of Al-Zn-Mg-Cu alloys were studied by optical microscopy and transmitting electron microscopy. The results show that with addition of 0.04%Ti+0.18%Zr, 0.20%Cr+0.20%Mn+0.04%Ti, 0.04%Cr+0.05%Mn+0.04% Ti+0.18%Zr, 0.20%Cr+0.20%Mn+0.03%Ti+0.17%Zr, respectively, the strength of the along increases, from 552.8MPa to 711.3MPa, and its elongation increases from 5.5% to 13.8%.The increase of the strength is related to the rising of the kinds of the phase which is coherent or semi-coherent to the matrix, the size of the particles, distribution heterogeneous and the percentage of the second phase volume. The increase of the elongation is related to the improvement of the alloy plasticity by precipitate free zone caused by quenching (Q-PFZ).The alloys with addition of Cr, Mn, Ti, Zr have the strongest effect on the recrystallization of the Al-Zn-Mg-Cu alloys.

Key words: Al-Zn-Mg-Cu alloy; trace element; microstructure; strength; elongation

                    

超高强Al-Zn-Mg-Cu合金的开发、 研究主要是通过调整合金成分、 采用微合金化、 采用新的加工制备技术等途径, 达到进一步提高合金强度、 塑性、 韧性、 耐蚀性的目的[1-4]。 利用过渡族元素对Al-Zn-Mg-Cu合金进行微合金化, 从而开发出适应不同需要的新型超高强铝合金, 是现阶段超高强铝合金研究、 开发的一个重要热点[5, 6]。 自从1956年苏联学者以Zr代替Cr、 Mn研制出В96合金以后, Zr也已成为超高强铝合金中不可缺少的微量元素。 锆能够强烈地抑制合金的再结晶过程, 为获得具有完全非再结晶组织的半成品提供了可能[7, 8]。 Cr、 Mn是铝合金中传统添加元素, 能够阻碍再结晶的形核与长大, 改善合金的韧性、 降低应力腐蚀开裂的敏感性, 对合金有一定的强化作用[9-11]。 含Cr、 Mn的Al18Mg3Cr2和Al20Mn3Cu2等粗大平衡相, 能吸收周围基体中的Zn和Mg造成固溶体贫化, 时效硬化能力减弱, 并在粒子周围形成一个无析出微区[12], 该无析出区对合金性能产生重要影响。 一般认为, 淬火敏感性对合金性能是有害的[13]。 但作者认为, 淬火冷却过程中形成的尺度适中、 分布均匀的微区无析出区对改善合金基体的塑性有益。 本文作者通过在Al-Zn-Mg-Cu合金中复合添加微量的Cr、 Mn、 Ti、 Zr, 研究了微量元素对该合金固溶态组织、 时效析出组织以及力学性能的影响。 利用位错与沉淀析出粒子作用机制、 并提出晶内微区无析出区改善塑性机制, 对合金强化与塑性改善原因进行了分析, 探讨了复合添加微量Cr、 Mn、 Ti、 Zr对Al-Zn-Mg-Cu合金力学性能、 塑性的影响机理。

1 实验

以纯度为99.85%的一级工业纯铝、 纯铜(99.99%)、 纯锌(99.92%)、 纯镁(99.90%)和Al-5%Cr、 Al-5%Mn、 Cu-10%Zr、 Al-5%Ti-B中间合金为原料, 制备了如表1所示的5种合金, 合金化学成分在LEEMAN SPEC-E型电感耦合等离子体原子发射光谱仪上测试, 结果列于表1。 实验合金加工工艺见图1, 按GB/T16865-2000标准制作拉伸样, 试样经固溶、 峰值时效处理, 在CS2210型万能材料实验机上进行拉伸实验。 固溶试样经Kellers试剂腐蚀, 观察合金回复金相组织。 采用双喷电解法(电解液为体积比2∶8的硝酸甲醇溶液)制备透射电镜试样, 在透射电镜上观察合金微观组织。

表1 合金的化学成分

Table 1 Chemical composition of studied alloys(mass fraction, %)

图1 实验合金的加工工艺

Fig.1 Treatment process for Al-Zn-Mg-Cu-Xi alloys

2 结果与分析

2.1 合金组织

图2所示为实验合金经固溶处理后的金相组织, 由图可知: 添加0.04%Ti+0.17% Zr的合金为以非再结晶变形组织、 细小的等轴晶、 少量柱状晶构成的混合金相组织。 文献[14]指出, 复合添加Ti、 Zr的合金在固溶处理过程中, 易于在Al3Zr沉淀相析出密度相对较低的区域发生再结晶。 这与本实验结果相符。 文献[15]指出, Al-Zn-Mg-Cu合金中复合添加Ti、 Zr时, 由于锆原子失配导致Ti、 Zr聚集于晶内, 偏聚于晶界, 影响合金的再结晶抑制效果。 图2(b)所示为添加0.20%Cr+0.20% Mn+0.04%Ti合金, 固溶态组织为均匀、 细小的等轴晶完全再结晶组织, 表明Cr、 Mn对再结晶的抑制效果较弱。 图2(c)所示为添加0.04%Cr+0.05% Mn+0.04% Ti+0.18%Zr合金, 基本保持完全变形组织, 表明复合添加微量的Cr、 Mn、 Ti、 Zr具有更好的再结晶抑制效果。 文献[15]指出, 在铝熔体中, 微量的Cr、 Mn主要进入因能量起伏和结构起伏所形成的原子团簇中, 作为Al3Ti和Al3Zr共同形核的基底而消除了Zr偏聚。 在均匀化处理过程中, 析出均匀、 弥散的Al3Zr、 Al3(Ti, Zr)粒子。 因此, 较前两种合金具有更好的再结晶抑制作用。 图2(d)所示为添加0.20Cr+0.20Mn+0.03Ti-0.17Zr合金经固溶处理保持的完全变形组织, 具有最强的再结晶抑制效果。 再结晶抑制机理与添加0.04%Cr+0.05% Mn+0.04% Ti+0.18%Zr合金相同。

图2 固溶态合金的微观组织

Fig.2 Microstructures of studied alloys after solution

有色金属在线官网  |   会议  |   在线投稿  |   购买纸书  |   科技图书馆

中南大学出版社 主办 版权声明   电话:0731-88830515 88830516   传真:0731-88710482   Email:administrator@cnnmol.com

互联网出版许可证:新出网证(湘)字005号   湘ICP备09001153号