稀土元素Er在1420鋁鋰合金中的作用機(jī)理研究.pdf

1、本文圍繞Er的微合金化作用問題，以1420和1420+Er合金為研究對(duì)象，采用拉伸力學(xué)性能測(cè)試、硬度測(cè)試、慢應(yīng)變速率法(SSRT)等測(cè)試手段，研究了不同Er含量對(duì)1420合金時(shí)效過程動(dòng)力學(xué)、不同狀態(tài)下的力學(xué)性能、力學(xué)性能各向異性和應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)的影響；借助金相組織觀察、X射線衍射分析、掃描電鏡與能譜分析、透射電鏡、電子背散射成像法(EBSD)、差示掃描量熱法(DSC)、小角X射線散射(SAXS)、晶間腐蝕和電化學(xué)腐蝕等技術(shù)手段，

2、分析研究了不同含量Er對(duì)1420合金的細(xì)化作用及其機(jī)理，探究了Er對(duì)合金宏觀性能影響的內(nèi)在機(jī)理。結(jié)果如下： Er對(duì)1420合金的晶粒細(xì)化行為表現(xiàn)為：當(dāng)Er添加量低于0.2wt.％時(shí)，對(duì)合金晶粒沒有明顯影響，當(dāng)Er添加量超過0.2wt.％時(shí)，合金晶粒產(chǎn)生明顯細(xì)化，而且隨著Er添加量的增加，細(xì)化效果更加顯著；Er對(duì)1420合金的細(xì)化機(jī)理可以用共晶理論和粒子理論來描述。共晶理論如下：由于共晶反應(yīng)L→α-Al+Al3Er的溫度較1420

3、合金液相線高，因此α-Al在到達(dá)合金液相線之前即可通過上述共晶反應(yīng)析出，當(dāng)熔體溫度降到液相線時(shí)，Al原子將在預(yù)先形成的α-Al晶核上直接生長而不需要過冷，使合金晶粒得到顯著細(xì)化；粒子理論為：熔體中存在與α-Al基體具有良好界面匹配性的初生Al3Er粒子，在合金結(jié)晶時(shí)，Al3Er粒子可作為非均質(zhì)形核核心，提高形核率，從而有效細(xì)化晶粒。 Er能夠顯著提高1420合金的強(qiáng)度，Er含量越高，合金強(qiáng)度提高幅度越大。當(dāng)Er含量不超過0.2w

4、t.％時(shí)，合金強(qiáng)度隨著Er含量的增加變化較為明顯，當(dāng)Er含量大于0.2wt.％時(shí)，合金強(qiáng)度隨著Er含量的增加變化較為緩慢。Er對(duì)1420合金的強(qiáng)化程度和作用機(jī)理隨著熱處理狀態(tài)的不同而不同，Er對(duì)固溶態(tài)合金的強(qiáng)化主要來自合金元素Mg固溶度的增加而產(chǎn)生的固溶強(qiáng)化和細(xì)化后的亞晶和晶粒產(chǎn)生的細(xì)晶強(qiáng)化；Er對(duì)時(shí)效態(tài)合金的強(qiáng)化主要是Er能夠促進(jìn)強(qiáng)化相δ′的析出與長大，進(jìn)而提高δ′相的有序強(qiáng)化程度。 Er加入到1420合金中，能夠縮短峰值時(shí)效

5、時(shí)間，提高合金的時(shí)效強(qiáng)化效果；促進(jìn)主要強(qiáng)化相δ′的析出和長大，降低δ′相的析出激活能和長大激活能，而對(duì)其溶解激活能不產(chǎn)生明顯影響；Er能夠促進(jìn)Al2MgLi相的形成，改善Al2MgLi相的分布，寬化晶界無沉淀析出帶δ′-PFZ；Er對(duì)強(qiáng)化相δ′時(shí)效動(dòng)力學(xué)的影響與Er增大基體鋁的晶格畸變和促進(jìn)Mg在α-Al中的固溶相關(guān)。 不同Er含量可不同程度地增強(qiáng)1420合金板材力學(xué)性能各向異性。當(dāng)Er含量低于0.1wt..％時(shí)，Er能較大幅度

6、增強(qiáng)合金各向異性，當(dāng)Er含量超過0.1wt.％時(shí)，隨著Er含量增加，合金各向異性趨于緩慢增加。Er增強(qiáng)1420合金板材力學(xué)性能各向異性的主要原因是降低了合金層錯(cuò)能，加強(qiáng)了變形織構(gòu)B{011}〈211〉，增大δ′相的尺寸、提高δ′相的體積分?jǐn)?shù)，使滑移面軟化加劇。 1420合金中加入0.2wt.％Er后，抗應(yīng)力腐蝕能力得到提高，其原因在于：Er的添加促進(jìn)了合金中陽極相Al2MgLi的析出，改善Al2MgLi相的分布狀態(tài)。正是由于Al