【摘要】：采用高純鋁(99.991wt.%)和中間鋁合金(Al-1.85Sc、Al-4.38Zr、Al-5.08Yb)通過熔配的方法制備出Al-0.2Sc-0.04Zr和Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb合金(wt.%),并在640oC均勻化24h后進(jìn)行水淬。不同溫度時(shí)效189min后進(jìn)行室溫恒速拉伸測(cè)試,獲得最佳時(shí)效溫區(qū),并對(duì)峰時(shí)效(330oC×189min)處理合金進(jìn)行了系統(tǒng)的變溫、變速拉伸性能測(cè)試。結(jié)合OM(金相光學(xué)顯微鏡)、SEM(掃描電子顯微鏡)和TEM(透射電子顯微鏡)觀察,獲得形變條件對(duì)合金微結(jié)構(gòu)的影響,深入分析熱處理制度和0.02%Yb置換Zr對(duì)合金室溫和高溫拉伸力學(xué)性能的影響,探索合金的高溫形變機(jī)理。金相觀察可知,Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb合金的晶粒尺寸約為0.6mm,明顯小于Al-0.2Sc-0.04Zr合金(1mm),這表明0.02%Yb置換Zr能適當(dāng)減小合金晶粒尺寸。由室溫恒速拉伸(1.7×10-3s-1)測(cè)試結(jié)果可知:隨時(shí)效溫度升高,兩種合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均先升高后下降,最佳時(shí)效溫度區(qū)間是300~350oC。在相同時(shí)效溫度下,0.02%Yb置換Zr能明顯提高合金室溫拉伸強(qiáng)度,提高幅度隨時(shí)效溫度而改變,欠時(shí)效區(qū)提高幅度最大,過時(shí)效區(qū)次之,而峰時(shí)效區(qū)最小,整體幅度在10~30%。100~300oC峰時(shí)效態(tài)(330oC×189min)合金恒速拉伸(1.7×10-4s-1)對(duì)比測(cè)試結(jié)果表明:Al-0.2Sc-0.04Zr和Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb合金的抗拉強(qiáng)度σb和屈服強(qiáng)度σ0.2都隨著溫度升高而顯著下降。在相同溫度下,0.02%Yb置換Zr能適當(dāng)提高合金的抗拉強(qiáng)度σb和屈服強(qiáng)度σ0.2,整體而言,σb提高水平在10~12.8%,σ0.2則在5.3~8.7%,與峰時(shí)效態(tài)合金室溫拉伸強(qiáng)度提高幅度相當(dāng)。合金延伸率δ隨變形溫度升高先增加,然后又緩慢下降,基本處在20~40%水平之間,明顯高于室溫延伸率水平(15~24%)。此外,形變溫度和Yb置換Zr對(duì)合金的屈強(qiáng)比(σ0.2/σb)有不同影響:兩種合金的屈強(qiáng)比在室溫時(shí)都在90%以下,100~300oC則在90~96%水平;而0.02%Yb置換Zr會(huì)增加合金室溫和100oC的屈強(qiáng)比,而降低150~300oC間的屈強(qiáng)比。值得指出的是:合金室溫拉伸屈服時(shí)的應(yīng)變基本在0.5%以下,而高溫時(shí)則在3%水平,這應(yīng)該與合金高溫形變時(shí)存在明顯的滯彈性有關(guān)。通過應(yīng)力遞增實(shí)驗(yàn),獲得了峰時(shí)效態(tài)合金的真形變速率tε與準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)真應(yīng)力tσ間關(guān)系。發(fā)現(xiàn)tε~tσ關(guān)系無法按傳統(tǒng)高溫恒速拉伸常用的激活體積模型獲得滿意解釋。根據(jù)存在門檻應(yīng)力thσ的蠕變模型:exp()(A/)k TQnthtt-σ-σ=ε,式中A是常數(shù),n是應(yīng)力指數(shù),Q是激活能,k是玻爾茲曼常數(shù),T是絕對(duì)溫度,對(duì)所得tε~tσ關(guān)系進(jìn)行了分析。取n=4.4(純Al應(yīng)力指數(shù)),所得激活能明顯小于純鋁的自擴(kuò)散激活能(1.29e V)。取n=8(恒定亞結(jié)構(gòu)應(yīng)力指數(shù)),發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)陀?50oC時(shí),exp(A-/)k TQ與T/1出現(xiàn)明顯反常,這表明在150oC時(shí)合金恒速拉伸機(jī)制出現(xiàn)了明顯轉(zhuǎn)變。當(dāng)溫度高于150oC時(shí),exp(A-/)k TQ表現(xiàn)出強(qiáng)烈的溫度依賴關(guān)系,所得激活能略高于1e V,但仍低于純Al自擴(kuò)散激活能(1.29e V)。若只考慮200oC及其以上數(shù)據(jù),則Al-0.2Sc-0.04Zr和Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb的激活能分別為1.23e V和1.26e V,與純Al自擴(kuò)散激活能相當(dāng)。仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn),激活能隨溫度升高而增大,這與文獻(xiàn)上純Al結(jié)果完全一致。此外,0.02%Yb置換Zr能適當(dāng)提高合金門檻應(yīng)力。綜合結(jié)果表明:0.02%Yb置換Zr能進(jìn)一步提高Al-0.2Sc-0.04(Zr,Yb)合金拉伸性能,而峰時(shí)效態(tài)Al-0.2Sc-0.04(Zr,Yb)合金的高溫形變應(yīng)滿足恒定亞結(jié)構(gòu)的形變機(jī)制,而非國際上廣泛認(rèn)可的純Al形變機(jī)制。
【圖文】：

圖 2.1 片狀拉伸試樣圖2.2.3 高溫恒速拉伸對(duì)經(jīng) 330°C×189min 峰時(shí)效處理的 Al-0.2Sc-0.04(Zr, Yb)合金拉伸試樣，在100、150、200、225、250、275、300°C 七個(gè)溫度點(diǎn)分別進(jìn)行高溫恒速拉伸測(cè)試，拉伸速率為 0.2mm/min，拉伸試樣幾何形狀同室溫拉伸。本試驗(yàn)是在配有恒溫箱的 CMT5105 型高低溫萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，恒溫箱溫度范圍為-30～350°C，溫度波動(dòng)為±1°C，溫度梯度為 2°C。試驗(yàn)過程中先將拉伸試樣固定在萬能試驗(yàn)機(jī)的夾頭上，然后隨爐升至試驗(yàn)溫度，并保溫 30min 后，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。2.2.4 同一溫度下不同速率拉伸在高溫恒速拉伸的基礎(chǔ)上，對(duì)同一根峰時(shí)效態(tài) Al-0.2Sc-0.04(Zr, Yb)合金拉伸試樣進(jìn)行恒定溫度下的不同應(yīng)變速率拉伸，所采用實(shí)驗(yàn)設(shè)備和試樣同上述高溫拉伸。設(shè)定的溫度分別為 20、100、150、200、250、300°C，每根試樣依次進(jìn)行的拉伸速率為 0.012、0.0336、0.0948、0.264、0.756、2.16、6mm/min。其相

3 Al-0.2Sc-0.04(Zr, Yb)合金的變溫拉伸性能研究3 Al-0.2Sc-0.04(Zr, Yb)合金的變溫拉伸性能研究3.1 Al-0.2Sc-0.04(Zr, Yb)合金微結(jié)構(gòu)圖 3.1 是水冷鐵模方式鑄造的 Al-0.2Sc-0.04(Zr, Yb)合金（Yb 含量分別為 0、0.02wt.%）經(jīng)均勻化處理后的晶粒微觀形貌圖。從圖中可知，以水冷鐵模鑄造的兩組分合金的均勻化態(tài)晶粒尺寸普遍均勻且為等軸晶，在晶粒的內(nèi)部散布一些黑色沉淀小顆粒。0.02%Yb 置換 Zr 使合金的晶粒尺寸從近 1mm 減小至 0.6mm，，說明 Yb 置換 Zr 具有較好的晶粒細(xì)化效果。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG132.3

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張爍;楊翠翠;俎世琦;賈琨;;稀土元素Yb對(duì)鋁合金與鎂合金改性的研究現(xiàn)狀和展望[J];熱加工工藝;2014年15期

2 段佳琦;尹志民;趙凱;鄧英;陳偉;何振波;;均勻化處理對(duì)鋁鋅鎂鈧合金組織和性能的影響[J];機(jī)械工程材料;2012年06期

3 肖政兵;鄧運(yùn)來;唐建國;陳祺;張新明;;Al-Ti-C與Al-Ti-B晶粒細(xì)化劑的Zr中毒機(jī)理[J];中國有色金屬學(xué)報(bào);2012年02期

4 李金文;蔡彬;周偉偉;;Al-0.2Sc-0.04Zr(0.01B)合金的時(shí)效行為和導(dǎo)電性[J];特種鑄造及有色合金;2011年11期

5 尹志民;鄧英;趙凱;段佳琦;唐蓓;何振波;彭勇宜;姜鋒;潘清林;;高強(qiáng)高韌鋁鋅鎂鈧合金板材制備及其組織性能演變[J];中國有色金屬學(xué)報(bào);2011年10期

6 張志華;潘復(fù)生;陳先華;王敬豐;;稀土元素對(duì)ZK60鎂合金組織和性能影響的研究現(xiàn)狀[J];熱加工工藝;2011年10期

7 戴曉元;夏長清;龍春光;寇莉莉;;Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金鑄態(tài)Al_3(Sc,Zr)相形貌的研究[J];稀有金屬材料與工程;2011年02期

8 王少剛;王宗祥;顧冰芳;;不同填充材料對(duì)含Sc和Zr鋁合金TIG焊接頭組織與性能的影響[J];航空材料學(xué)報(bào);2010年05期

9 陳志國;楊文玲;王詩勇;舒軍;;微合金化鋁合金的研究進(jìn)展[J];稀有金屬材料與工程;2010年08期

10 杜剛;楊文;閆德勝;戎利建;;Al-Mg-Sc-Zr合金中初生相的析出行為[J];中國有色金屬學(xué)報(bào);2010年06期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張義;Er，Yb微合金化鋁合金中第二相的演變及與力學(xué)相關(guān)性的研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 李衛(wèi)杰;新型耐熱Al-0.2Sc-0.04Zr合金高溫蠕變行為的研究[D];鄭州大學(xué);2013年

2 牟申周;鋁鎂鈧合金熱加工工藝基礎(chǔ)研究[D];中南大學(xué);2008年

3 李子炯;Sc、Zr和Ti復(fù)合微合金化Al-5Mg合金組織和力學(xué)性能研究[D];鄭州大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2520206