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Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金中高密度析出相在强化铝基体的同时,降低了合金的断裂韧性和应力腐蚀抗力,限制了其应用潜力的发挥。兼备强韧与耐蚀是目前国际上铝材领域尚未解决的难题,为此需要寻求有效调控晶界结构的方法。微合金化方法是控制晶界结构的有效方法之一。
本文通过在Al-Zn-Mg-Cu合金中形成新型弥散相调控合金晶界结构的方法,利用多种分析测试手段,研究了(Zr,Pr)Cr2Al20弥散相的形成及其高温稳定性、抑制铝再结晶的作用以及对Al-Zn-Mg-Cu合金再结晶性能、力学性能和耐蚀性的改善作用,研究结果表明:
铝中复合添加Zr、Cr和Pr形成CeCr2Al20型结构的(Zr,Pr)Cr2Al20多元弥散相,其高温稳定性和对铝的硬化作用显著优于PrCr2Al20弥散相;抑制铝回复再结晶的效果优于Al3Zr和PrCr2Al20弥散相,且随着弥散相数量的增加,抑制铝回复再结晶的作用增强。
与在铝中的作用类似,(Zr,Pr)Cr2Al20多元弥散相能显著地抑制A1-Zn-Mg-Cu合金基体再结晶和亚晶长大,提高合金强度、延伸率和断裂韧性,改善合金的晶间腐蚀、剥落腐蚀和应力腐蚀性能,效果优于Al3Zr和PrCr2Al20弥散相。进一步增加(Zr,Pr)Cr2Al20弥散相的数量,能更显著抑制A1-Zn-Mg-Cu合金基体的回复和再结晶,显著提高合金的力学性能,改善合金的耐蚀性。经成分优化后的合金Al-3.79Zn-2.97Mg-1Cu-0.1Cr-0.05Pr-0.05Zr(at％)其断裂韧性KIC达到33.2 MN/m3/2,应力腐蚀环境下临界应力强度因子KISCC达到27.4 Mpa.m1/2,抗拉强度σb和延伸率δ分别为732MPa和10.8％。