含钪Al-Cu-Li-Mg-Zr合金组织与性能研究

【摘要】：采用铸锭冶金法，制备了Al-3.5Cu-1.5Li-0.5Mg-0.12Zr，Al-3.5Cu-1.5Li-0.5Mg-0.12Zr-0.10Sc，Al-3.5Cu-1.5Li-0.5Mg-0.12Zr-0.15Sc，Al-3.5Cu-1.5Li-0.5Mg-0.12Zr-0.25Sc四种合金。测试了这四种合金经4.0％预变形然后在160℃时效24小时和Al-3.5Cu-1.5Li-0.5Mg-0.12Zr-0.10Sc合金经不同预变形量后再时效的室温拉伸性能。采用金相显微镜和透射电子显微镜分析了合金在不同处理状态下的显微组织。研究了微量Sc对Al-3.5Cu-1.5Li-0.5Mg-0.12Zr合金和形变时效对Al-3.5Cu-1.5Li-0.5Mg-0.12Zr-0.10Sc合金组织与性能的影响。结果表明： (1)在Al-3.5Cu-1.5Li-0.5Mg-0.12Zr合金中，添加0.10％Sc明显提高了合金的强度和塑性，使合金具有更好的综合性能，添加0.15％Sc合金强度变化不大，塑性进一步提高，也使合金具有较好的综合性能，添加0.25％Sc的合金虽然塑性有较大提高，但强度有较大幅度降低。因此合金中较适直的Sc加入量约为0.10～0.15％，此时合金既具有较高的强度，又兼具较好的塑性。 (2)在Al-3.5Cu-1.5Li-0.5Mg-0.12Zr合金中，添加0.10％Sc基本消除了合金铸态的枝晶组织，但晶粒细化效果不明显，添加0.15％Sc和0.25％Sc显著细化合金铸态的晶粒组织。 (3)在Al-3.5Cu-1.5Li-0.5Mg-0.12Zr合金中，添加0.10％Sc使合金在均匀化和热加工过程中析出次生Al_3Sc或Al_3(Sc_(1-x)Zr_x)粒子，这种质点强烈地钉扎位错和亚晶界，使合金在固溶过程中晶粒组织保持纤维状，从而有效地抑制合金的再结晶。但添加0.15％Sc不能抑制合金固溶过程中再结晶，添加0.25％Sc反而会促进合金固溶过程中的再结晶。 (4)时效前的预变形能增加基体中的位错密度，促进T1相的非均匀形核，加速合金时效速度，促进时效峰值提前，显著提高合金的强度。 (5)合金强度随预变形量增加而增大，当预变形量超过3.5％以后，合金的强度增幅趋于平缓，预变形量超过5.6％以后，合金强度稍微有所下降，合金的延伸率则随预变形量增加而减少。合金在人工时效条件下较适宜的预变形量为3.5％左右，此时合金既具有较好的拉伸强度又兼备较好的塑性。 (6)预变形促进T1相均匀、细小、弥散析出，预变形量越大，析出T1相越细小，均匀，体积分数和数量密度越大。但预变形量过大，析出的T1相粗大且分布不均匀。