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微量元素Sc对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织与性能的影响

作　者: 曾令喜
导　师: 夏长清
学　校: 中南大学
专　业: 材料学
关键词: Al-Zn-Mg-Cu-Zr Al3（Sc,Zr） 细晶强化 蠕变 应力指数
分类号: TG146.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


超高强铝合金具有强度高,比重小,比强度高,加工性能及焊接性能良好等特点,在航空、航天、军事及民用工业中有十分重要的地位,是航空工业主要的结构材料之一。作者借助光学显微镜,扫描电镜,透射电镜,x射线衍射仪,硬度测试仪等试验方法研究了微量元素Sc对Al-Zn-Mg-Cu合金显微组织,力学性能的影响。实验结果表明：(1)在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中添加微量Sc,可明显细化合金的铸态晶粒,有效抑制合金固溶时效过程中的再结晶行为。(2)添加0.2wt.%Sc的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金经455℃/2h+120℃/24h热处理后,抗拉强度σb=725MPa,屈服强度σs=690MPa,延伸率为11%；Sc含量增加到0.4wt.%时,合金的拉伸强度σb=697MPa,屈服强度σs=667MPa,延伸率为10.2%。(3)含Sc Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的强化机制主要为η相的时效析出强化,以及Al3(Sc, Zr)相的细晶强化和亚结构强化。(4)在150℃下拉伸条件下,随Sc含量从0.2wt.%增加到0.4wt.%,合金的力学性能明显提高,含Sc为0.4wt.%的合金抗拉强度σb=515MPa,屈服强度σs=508MPao(5)在150℃,240-280MPa蠕变试验条件下,随着蠕变加载应力的提高,三个合金稳态蠕变速率在增加。在150。C,不同应力状况下,不含Sc合金试样的蠕变变形量明显大于添加Sc的合金试样的蠕变变形量。(6)含Sc为0.2wt.%的合金试样在140℃-160℃、σ=240-280MPa时,随温度升高,应力指数增大；表观激活能随应力增加而增大。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
第一章 综述  9-22
  1.1 超高强铝合金的发展与应用  9-10
    1.1.1 超高强铝合金的发展  9
    1.1.2 超高强铝合金的特点及应用  9-10
  1.2 稀土的基本特性  10-17
    1.2.1 稀土元素在铝及铝合金中的作用  10-13
    1.2.2 含钪铝合金的研究背景  13-14
    1.2.3 Sc对铝合金组织性能的影响  14-17
  1.3 铝合金高温蠕变行为研究  17-21
    1.3.1 蠕变基本理论  17-18
    1.3.2 稳态蠕变速率与应力温度的关系  18-19
    1.3.3 蠕变变形机制  19-21
  1.4 研究目的及内容  21-22
第二章 实验过程及方法  22-28
  2.1 合金成分设计  23
  2.2 合金的制备  23
  2.3 热轧与冷轧  23-24
  2.4 固溶与时效  24
  2.5 合金性能测试  24-26
    2.5.1 硬度  24-25
    2.5.2 室温拉伸  25
    2.5.3 蠕变实验  25-26
  2.6 合金显微组织观察  26-28
    2.6.1 金相组织  26
    2.6.2 物相分析  26
    2.6.3 扫描电镜  26
    2.6.4 透射电镜  26-28
第三章 微量Sc对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织与性能的影响  28-44
  3.1 Sc对Al-Zn-Mg-Cu-Zr铝合金组织的影响  28-34
    3.1.1 Sc对Al-Zn-Mg-Cu-Zr铝合金铸态组织的影响  28-31
    3.1.2 Sc对Al-Zn-Mg-Cu-Zr铝合金均匀化组织的影响  31
    3.1.3 Sc对Al-Zn-Mg-Cu-Zr铝合金时效后显微组织的影响  31-34
  3.2 Al-Zn-Mg-Cu-Zr铝合金力学性能的影响  34-37
    3.2.1 时效硬度曲线  34
    3.2.2 常温拉伸力学性能  34-35
    3.2.3 高温拉伸力学性能  35-37
  3.3 分析与讨论  37-42
    3.3.1 Sc对铸态组织的细化作用  37-39
    3.3.2 Sc在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中的存在形式  39-40
    3.3.3 Sc对Al-Zn-Mg-Cu-Zr再结晶的抑制作用  40-41
    3.3.4 Sc对Al-Zn-Mg-Cu-Zr力学性能的影响  41-42
  3.4 本章小结  42-44
第四章 Sc对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金蠕变性能的影响  44-57
  4.1 不同Sc含量的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金蠕变性能研究  44-49
    4.1.1 1#、2#、3#合金在恒定蠕变应力及加载温度下蠕变曲线对比  45-46
    4.1.2 1#、2#、3#合金各自在不同加载应力下的蠕变曲线对比  46-47
    4.1.3 2#合金在恒定加载应力,不同蠕变温度下的蠕变曲线对比  47-48
    4.1.4 恒定蠕变温度,不同加载应力下含0.2%Sc铝合金蠕变曲线对比  48-49
  4.2 1#、2#、3#合金高温蠕变后的微观组织观察与分析  49-53
    4.2.1 不同参数下蠕变后合金金相照片  49-51
    4.2.2 1#、2#、3#合金不同参数下蠕变后的透射照片  51-53
  4.3 2#合金的蠕变应力指数和蠕变激活能  53-55
    4.3.1 2#合金蠕变机制探讨  54-55
  4.4 本章小结  55-57
第五章 结论  57-58
参考文献  58-61
研究生期间发表论文  61-62
致谢  62

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属材料 > 有色金属及其合金 > 轻有色金属及其合金 > 铝
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