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Al-Zn-Cu系低Cu侧相平衡及扩散行为的研究

作　者: 刘宇翔
导　师: 郝士明
学　校: 东北大学
专　业: 材料学
关键词: Al-Zn-Cu三元合金系相图 fcc固溶体溶解度间隙扩散偶-电子探针法相平衡成分 Matano法互扩散系统
分类号: TG111
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

Al-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fcc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fcc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。本论文参照热力学计算采用扩散偶实验研究的方法,对Al-Zn-Cu三元系fcc固溶体溶解度间隙进行了研究;并在此基础上采用Boltzmann-Matano法分析了Cu添加对Al-Zn固溶体中扩散行为的影响。通过扩散偶—电子探针法成功地测定了低Cu侧fcc固溶体溶解度间隙在277～351℃时α₁（α₁+α₂）相边界的走向。明确了随着Cu的增加,Zn在α₁和α₂中的溶解度都降低,Cu在α₂和α₁之间的分配比以大于1,即Cu主要分配在α₂相中。这表明Al-Zn-Cu三元系fcc固溶体溶解度间隙在低铜侧呈发散状,而且可以由Al-Zn侧连续过渡到Al-Cu侧。研究还确定了低Cu侧fcc固溶体溶解度间隙在360℃仍然存在。这时随着Cu的增加,Zn在α₁中的溶解度降低;而在α₂中的溶解度提高,Cu在α₂和α₁中的分配比K_Cu^{（α₂）/（α₁）},仍明显大于1。这表明了Cu的添加能提高Al-Zn系fcc溶解度间隙的存在温度。实验的全部结果表明Al-Zn-Cu系fcc固溶体溶解度间隙在整个空间应该呈“隧道形”,与热力学计算结果一致,而不是此前人们仅根据部分实验所认识的“钟罩形”。在260～360^C之间测定α₂（α）/β相平衡成分时发现,Cu在α₂和β中的分配比K_Cu^{β/（α₂）}明显大于1,即Cu主要分配在β相中。在277℃以下仅存在α/B的相平衡关系,此时Cu的加入增加了Zn在α相中的固溶度。利用扩散偶在260、300、320和360℃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-Zn fcc固溶体中的互扩散系数也明显增加。

全文目录

声明  4-5
中文摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-20
  1.1 相图的基本概念  10-11
    1.1.1 相图研究的意义  10
    1.1.2 相图与相律  10-11
  1.2 Al-Zn二元系相图  11-12
  1.3 Al-Zn-Cu三元合金系的研究现状  12-16
    1.3.1 Al-Zn-Cu溶解度间隙实测推算结果  13-15
    1.3.2 Al-Zn-Cu溶解度间隙计算结果  15-16
  1.4 相平衡及扩散行为扩散偶法研究  16-19
    1.4.1 相平衡的扩散偶法研究  16-17
    1.4.2 玻尔兹曼—马塔诺(Boltzmann-Matano)法的研究原理和方法  17-19
  1.5 本论文的研究内容  19-20
第二章实验合金制备及研究方法  20-25
  2.1 母合金的设计与制备  20-22
    2.1.1 母合金的成分设计  20-21
    2.1.2 母合金的制备  21-22
      2.1.2.1 实验设备和材料  21-22
      2.1.2.2 母合金的熔制  22
      2.1.2.3 均匀化处理  22
  2.2 扩散偶的制作  22-23
  2.3 扩散偶的扩散退火处理  23
  2.4 扩散偶组织与成分的分析方法  23-25
    2.4.1 显微组织观察  23
    2.4.2 电子探针微区成分定量分析  23-25
第三章 Al-zn-Cu系低Cu侧相平衡成分的扩散偶法测定  25-44
  3.1 Al-Zn-Cu系溶解度间隙α_1／α_2边界走向的研究  25-32
    3.1.1 Al-Zn-Cu系320℃等温截面低Cu侧相平衡的研究  25-29
      3.1.1.1 光学显微组织观察  25-26
      3.1.1.2 电子探针(EPMA)分析结果  26-29
    3.1.2 Al-Zn-Cu系300℃等温截面低Cu侧相平衡的研究  29-32
      3.1.2.1 显微组织观察  29-30
      3.1.2.2 电子探针(EPMA)分析结果  30-32
  3.2 Al-Zn-Cu系260℃等温截面低Cu侧相平衡的研究  32-38
    3.2.1 显微组织观察  32-33
    3.2.2 电子探针(EPMA)分析结果  33-38
  3.3 Al-Zn-Cu系360℃等温截面低Cu侧相平衡的研究  38-43
    3.3.1 显微组织观察  38-39
    3.3.2 电子探针(EPMA)分析结果  39-43
  3.4 本章小结  43-44
第四章 Cu对Al-Zn固溶体中扩散行为的影响  44-56
  4.1 扩散系数的相关概念  44-46
  4.2 Al-Zn固溶体中互扩散系数的计算方法  46-49
    4.2.1 扩散系数计算所涉及的软件及程序介绍  47-48
    4.2.2 本课题程序设计的指导思想  48-49
  4.3 互扩散系数计算的结果与讨论  49-55
  4.4 本章小结  55-56
第五章结论  56-57
参考文献  57-61
致谢  61

Al-Zn-Cu系低Cu侧相平衡及扩散行为的研究

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