阴极铝液法制备Al-M-Sc合金组织及其力学性能研究

铝合金在现代工业、交通、航空航天等领域广泛应用,微量添加合金元素钪可进一步改善其加工和使用性能。采用阴极铝液法熔盐直接制备Al-M-Sc合金,通过电感耦合等离子体原子发射光谱法测定Sc含量、金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察含Sc相形貌以及X射线衍射(XRD)、显微硬度测试研究,发现在相同电解条件下,以二元合金阴极铝液电解合金的Sc含量大于高纯铝阴极电解合金Sc含量(0.41%,质量分数),且Al-5Li阴极电解合金中Sc含量可达1.25%。Al-M-Sc合金中含Sc形式以二元Al₃Sc相、三元W-(Al,Cu,Sc)相和AlSi₂Sc₂相为主。这与添加合金元素增大阴极铝液过热度而有利于与强化其扩散有关。Al-5Mg-Sc,Al-7Zn-Sc和Al-5Li-Sc合金中Sc以Al₃Sc相形式存在;Al-4Cu-Sc合金中以Al₃Sc和W-(Al,Cu,Sc)相两种形式存在;Al Si₂Sc₂相存在于Al-7Si-Sc合金中。Al...     

超声对熔盐电解法制备Al-7Si-Sc合金组织的影响

Al-Si系合金在现代工业、交通等领域广泛应用，合金元素钪可进一步改善其加工和使用性能.采用超声协同熔盐电解法制备Al-7S-Sc三元合金，研究探索超声作用对合金组织及强化相分布的影响.发现超声协同熔盐电解制得合金中Sc含量提高，团簇共晶硅组织和AlSi₂Sc₂相显著细化，共晶硅团簇尺寸由约500降低至200 μm，减小约60%，细化后AlSi₂Sc₂相分布均匀.超声协同电解法可显著优化Al-7Si-Sc合金组织，有助于控制改善现行工艺中合金元素偏聚、组织不均匀现象.      

Al–5Ti–1B合金显微组织与细化机理

采用粉末混合+热挤压和粉末混合+气雾化+热挤压两种工艺制备了Al–5Ti–1B合金杆,研究了两种工艺制备Al–5Ti–1B合金的显微组织,并进行了晶粒细化性能评定。结果表明:两种制备工艺均可以使TiB₂粒子均匀分布,并抑制TiAl₃相的长大。在7050铝合金熔体中分别添加质量分数为0.2%的两种工艺制备的Al–5Ti–1B合金,添加粉末混合+热挤压工艺制备的Al–5Ti–1B合金后,7050铝合金晶粒细化效果不明显,铝合金晶粒尺寸仍达1400 μm;添加粉末混合+气雾化+热挤压工艺制备的Al–5Ti–1B合金后,7050铝合金晶粒细化效果非常好,铝合金平均晶粒尺寸仅有176 μm。根据此实验现象,对Al–5Ti–1B合金晶粒细化双重形核机理提出新的解释。     

Ce对熔盐电解制备Al-Si-Sc-Ce合金组织及力学性能的影响

采用熔盐电解法制备Al-Si-(Sc,Ce)合金,研究Ce对该合金组织及力学性能的影响。发现Ce具有显著改性细化作用,使树枝状初生α-Al成为圆形或椭圆形,共晶AlSi2Sc2相由长形层片状变为网状（长度由1 000 μm减至200~500 μm）。共晶Si相形貌由针片状转变为纤维状,降低了颗粒平均面积、圆度比和平均长度,并经共晶反应生成三元CeAl2Si2相。Al-7Si-0.79Sc-0.62Ce合金显微硬度比Al-7Si-0.82Sc增大,共晶Si、含Sc和含Ce区域硬度值分别提升8.5%、49.7%和99%,其强化机制与Ce细化作用有关。     

加钪对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织性能的影响

本文研究了微量钪对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织及性能的影响。钪在铝合金中主要以两种形式的化合物存在，一种是合金凝固时从熔体中析出的一次Al2(Sc，Zr)相，另一种是铸锭均匀化时析出的二次Al2(Sc，Zr)相。前者是αa(Al)晶粒细化剂，可有效细化铸态晶粒；后者可强烈牵制晶粒内位错及亚晶界，有效阻止热轧、退火或固溶处理过程中的再结晶。钪是产生强烈析出强化的合金元素，同不加钪的铝合金相比，含0．30％Sc的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的抗拉强度和延性显著提高。     

放电等离子烧结快速制备高钪含量铝钪合金

采用放电等离子烧结技术制备高钪含量Al-Sc合金,利用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪等设备对球磨前后Al-Sc合金粉末的形貌、相组成以及不同温度快速烧结样品的显微组织结构进行观察和分析,研究烧结温度对Al-Sc合金显微组织的影响。结果表明:球磨后粉末的形状较规则,其颗粒尺寸为25~45mm,并初步实现了机械合金化,除Al、Sc相以外,有少量Al3Sc和AlSc2相生成。放电等离子烧结可实现高钪含量铝钪合金的快速致密化,成功制备出钪含量30%(质量分数)的铝钪合金,通过调整烧结工艺参数,烧结样品的相对密度可达92.19%;当烧结温度高于500℃时,所得样品致密,无孔洞,且无明显晶界;随着烧结温度的提高,Sc相与第二相融合,形成Al3Sc、AlSc2等第二相,存在于合金中,且Al3Sc相呈现逐渐增强的趋势。     

超声振动原位Al2O(3(p))/7075汽车零件合金组织与耐腐蚀性能研究

通过超声振动在7075合金中添加SiO₂,原位生成Al₂O₃颗粒,利用X射线衍射仪(XRD)、自带能谱分析仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、浸泡腐蚀实验和电化学测试实验对合金的微观组织、物相组成和耐腐蚀性能进行分析。结果显示,超声振动和Al₂O₃颗粒的原位生成可以细化合金的微观组织,将团聚的Al₂O₃颗粒分散均匀,且Al₂O₃颗粒可作为异质形核的核心,提高形核率。超声态Al₂O₍3(p))/7075合金主要由Al、Al₂O₃、Al₇Cu₂Fe、Al₂CuMg、Mg₂Zn相组成。相比于7075合金,超声态Al₂O₍3(p))/7075合金的失重腐蚀速率...     

钪对AZ91合金组织和性能的影响

研究钪在AZ91合金中的相组成、形貌及其对合金组织和性能的影响。结果表明,钪在合金中生成Al3Sc高温耐热相,细化了枝晶组织。钪添加量为0.6%时,室温和200℃的抗拉强度分别为265.4MPa和161.1MPa。钪可显著降低合金自腐蚀电流密度,但腐蚀电位只有轻微增加。     

钪对2618合金再结晶行为的影响

采用硬度、金相、X射线衍射、透射电镜等测试手段研究了添加钪合金化对2618铝合金再结晶行为的影响。结果表明,添加钪可以明显提高2618铝合金的再结晶温度,而且sc与Al可以生成与铝基体完全共格的细小的Al_3Sc质点。该质点均匀弥散地分布在铝基体上,对位错起强烈的钉扎作用,阻碍晶界迁移,不仅阻碍再结晶软化作用,而且使再结晶晶粒明显细化。实验合金的再结晶形核是通过亚晶粗化的机制而形核的。     

Sc、Zr复合改性对A356铝合金组织和性能的影响

在A356合金成分基础上添加Zr和Sc,获得Al-7Si-0.3Mg-0.2Zr-xSc铸造合金。使用光学显微镜、场发射扫描电镜、XRD物相分析、维氏硬度测试、拉伸试验等方法,研究了不同Sc浓度下合金组织和力学性能的变化。结果表明,随着Sc含量的增加,生成的Al_3(Sc,Zr)化合物起到晶粒细化作用,共晶区的硅相形貌由松散粗大的针片状改善为细密短棒状结构,α-Al基体晶枝晶尺寸减小,二次枝晶臂间距减小至18.5μm。然而,过量Sc影响了合金的整体综合力学性能,当Sc浓度增加至0.3%时,合金性能下降。以0.2wt.%Zr、0.2wt.%Sc加入量合金的力学性能最佳,其硬度69.4HV、抗拉强度229MPa、伸长率10.5%。     

铝钇共晶反应及其产物对亚共晶铝硅合金初生相的细化研究

研究了稀土Y在亚共晶铝硅合金中诱发稀土-铝共晶反应对铝合金初生α相的细化效应;应用Bramfitt提出的方法,计算了Al-Y共晶反应产物Al3Y与α-Al界面的二维点阵错配度,结果显示两者的二维错配度<6%,即Al3Y可作为α-Al的异质形核质点,且能达到中等有效形核而起到细化晶粒的作用,并通过实验验证计算结果如下:选用稀土元素Y作为A356合金细化剂的同时,将A356-Y熔体分别在稀土钇-铝共晶温度上、下10℃左右保温2 min后快速冷却,获得试样的金相组织照片后利用图像分析工具得到A356-Y合金初生α相的平均晶粒尺寸和平均形状因子。实验结果表明:A356-Y合金在Al-Y共晶温度之下保温,可获得较理想的初生α相形貌和较小的晶粒尺寸;结合二维错配的计算结果,可推断初生α相细化的主要原因为异质形核质点的增加:Al-Y共晶反应产物Al3Y与α-Al的二维点阵错配度在中等有效形核范围内,具有细化合金初生α相的作用;另一共晶产物α-Al与初生α相具有相同的晶体结构和点阵常数,则其也可作为异质形核质点而起到细化合金的作用。稀土Y可作为半固态A356合金中初生α相的优质细化剂。     

铝镁钪合金铸锭均匀化过程中的析出特性

采用半连续铸造制备了成分为Al-6Mg-0.4Mn-0.4(Sc-Zr),规格为300mm×1000mm的铝镁钪合金扁锭,研究了均匀化处理对铸态合金硬度、电导率和显微组织的影响。结果表明,铸态合金在均匀化处理过程中,350℃以下均匀化,合金硬度随退火温度升高而升高;350℃以上均匀化,合金硬度和硬度峰值随退火温度上升而降低,电导率则随退火温度的升高和保温时间的延长而单调上升。铸态合金均匀化处理过程中有类似于传统铝合金固溶时效过程中的析出特性,析出相主要为Al3(Sc,Zr),还有少量Al6Mn相粒子。硬度变化是半连续铸锭过程形成的含钪锆过饱和固溶体发生分解析出Al3(Sc,Zr)粒子所致。同时,含钪锆过饱和固溶体的分解析出导致基体固溶度的贫化,降低了合金的电子散射能力,合金的电导率升高。研究合金铸锭均匀化处理过程中Al3(Sc,Zr)粒子的最佳析出工艺为:300~350℃,6~8h。     

复合添加Sc对Al-6.2Zn-2.5Mg合金板材焊接性能与组织的影响

文章利用显微硬度试验、显微组织观察等手段,研究了复合添加Sc元素对Al-6.2Zn-2.5Mg合金板材氩弧焊焊接性能与组织的影响规律。试验结果表明,带余高的含钪合金板材较不含钪的合金板材焊接系数提高了9.2%,具有较好的焊接性能;合金板材焊接接头中心处硬度值最低,并沿中心往基材方向,呈先升高后降低再增高的趋势,且硬度以焊缝为中心呈近似对称;且含钪合金板材的接头晶粒组织较不含钪合金板材的组织要细小得多。在焊接过程中,含Sc合金板材组织中形成的Al3Sc粒子提高了合金板材的整体焊接性能。     

B/Zr摩尔比对Al-Zr-B合金的组织和晶粒细化效果的影响

以Al,K2ZrF6和KBF4为原料,采用熔体反应法制备不同B/Zr摩尔比Al-Zr-B合金。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)等手段研究了B/Zr摩尔比对Al-Zr-B中间合金的组织和晶粒细化效果的影响。结果表明,随着B/Zr摩尔比的增加,Al-Zr-B中间合金的第二相组成发生改变。当B/Zr摩尔比为1时,第二相主要由粗大的块状ZrAl3相及少量团聚在晶界上的ZrB2粒子组成;当B/Zr摩尔比为2时,第二相为ZrB2粒子和少量块状ZrAl3相。当B/Zr摩尔比为3时,第二相全部为ZrB2粒子。对AZ91D合金的细化实验表明,随着B/Zr摩尔比的增加,晶粒细化效果越好,添加B/Zr摩尔比为3的Al-Zr-B中间合金具有明显的细化效果,合金由粗大的树枝晶转变成细小的等轴晶,固溶处理后的AZ91D合金平均晶粒尺寸由约328μm下降到约120μm;抗拉强度和延伸率达到213 MPa和4.95%,比未添加细化剂时分别提高了15.1%和30.3%。晶粒细化机制可归结为ZrB2粒子作为α-Mg的异质形核核心。     

Y对镁合金AZ81的细晶强化作用

采用组织观察、拉伸试验和理论计算,研究了Y对镁合金AZ81的晶粒细化作用以及由此产生的细晶强化作用。结果表明,Y加入镁合金AZ81后可生成高熔点的Al2Y相,Al2Y相可成为α-Mg基体和β-Mg17Al12相的有效异质形核核心,从而细化合金的晶粒尺寸,改善β-Mg17Al12相的形貌,起到有效的细晶强化作用,提高合金的室温强度。     

Al?Zn?Mg?Cu?Zr?(Sc)合金搅拌摩擦焊接头组织和性能

利用光学显微镜、透射电子显微镜、显微硬度计和万能拉伸试验机等分析手段,表征了Al?Zn?Mg?Cu?Zr?(Sc)合金搅拌摩擦焊（FSW）接头的显微组织和性能,探究了Sc元素对改善超高强Al?Zn?Mg?Cu?Zr合金焊接性能的作用机制。结果表明:Al?Zn?Mg?Cu?Zr?(Sc)合金焊接接头具有相似的组织特征,焊核区为动态再结晶组织,由细小均匀的等轴晶组成,包含较高密度的位错线,大部分时效析出相回溶;热力影响区晶粒被拉长,位错密度更高,残留的时效析出相显著粗化;热影响区保留与母材相同的晶粒形态,大部分时效析出的η'相发生长大,少部分粗化成η相。添加质量分数0.17%的Sc,可以使合金FSW接头抗拉强度提升43 MPa,屈服强度提升23 MPa,断后伸长率改善2.3%,焊接系数达到74.1%。Al₃(Sc,Zr)二次析出相可以强烈抑制位错、亚晶界、晶界的移动,细化晶粒的同时保留大量的亚结构,且自身可发挥Orowan弥散强化作用。因此,可通过细晶强化、亚结构强化和弥散强化三种方式显著提高合金FSW接头的力学性能。      

搅拌时间对铝硅合金初生相形貌和尺寸的影响

在半固态区间对铝硅合金进行等温搅拌,主要研究搅拌时间对初生Al和初生Si形貌和尺寸的影响。结果表明:在搅拌作用下,铝硅合金中初生相通过物理、冶金作用而发生形貌、尺寸的改变。随着搅拌时间的延长,初生Al由粗大的枝晶状演变为细小的近球状、蔷薇状,初生Si由粗大的多角状、板块状尖角颗粒演变为细小的较圆整等轴颗粒。初生Al的细化、圆整是以熔断、扭折为主,初生Si的细化、圆整是以折断、破碎、熟化为主。     

钇对Ti-43Al-9V合金组织性能的影响

采用OM，XRD，SEM和TEM等测试方法，分析了稀土元素(Y)对Ti—43Al—9V合金显微组织以及力学形能的影响。实验结果表明，Ti—43Al—9V—0．3Y合金由γ相、α2相、B2相和YAl2相组成；添加稀土可以细化Ti—43Al—9V合金的晶粒尺寸，并促进细小的α2／γ层片形成以及细化粗大的α2／γ／B2层片。对TiAl合金力学性能测试表明，适量添加稀土Y(0．3％，原子分数)可明显改善合金的室温强度和塑性，但过量添加将会造成材料性能降低；断口分析表明过量添加稀土导致沿晶断裂比例增加将损害TiAl合金的性能。     

稀土Y与喷射沉积技术对铝铁合金组织和性能的影响

普通凝固条件下得到的铸造Al-Fe合金中存在粗大的针状或片状初生富铁相,严重割裂基体,引起应力集中,恶化合金性能。利用稀土Y对Al-6Fe合金进行微合金化处理,结合快速凝固技术,并辅以热挤压技术,获得较常规凝固条件下更加细小均匀的显微组织,以解决铝铁合金中粗大的针片状富铁相割裂基体的问题。实验结果表明,稀土元素Y抑制了初生富铁相生长的趋势,将粗大针片状富铁相细化为菱形和短棒状,一定程度上减小了合金的第二相尺寸;稀土Y微合金化结合快速凝固技术,使得铝铁合金中形成了细小弥散的三元Al-Fe-Y金属间化合物,极大细化了第二相,在改善组织形貌的同时提升了合金的硬度和屈服强度。      

电磁搅拌对Al-14Ce合金初生/共晶相与力学性能的影响

针对Al-14Ce合金中富Ce相粗大引起强化效果不佳的问题,通过正交分析法和单一变量法研究电磁搅拌对合金富Ce相及力学性能的影响。结果表明,搅拌频率21 Hz,搅拌电流50 A,搅拌方向为连续正转下,合金获得较优力学性能。抗拉强度达184.6 MPa,屈服强度达107.6 MPa,伸长率达7.06%。在10～50 A范围内,随着搅拌电流的增加,Al₁₁Ce₃相平均尺寸先减小后增加,力学性能随之先降低后提升。电流过大达70 A易导致粗大初生相与孔洞缺陷的产生而恶化性能;在7～21 Hz范围内,随着搅拌频率的提升,Al₁₁Ce₃相逐渐细化使得力学性能逐步提升。频率过大达28 Hz时则会导致初生相聚集粗化降低力学性能;连续正转利于合金组织与性能改善,交替搅拌会导致局部区域Al₁₁Ce₃相聚集生长而恶化性能。