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本论文采用铸锭冶金法制备了6种不同Er含量的Al-6.0%Zn-2.0%Mg-(1.5%Cu)-Er合金,通过硬度测试、拉伸力学性能测试、金相显微组织观察、X射线衍射分析、扫描电镜观察、透射电镜观察及能谱分析等手段研究了微量稀土元素Er及热处理工艺对Al-6.0%Zn-2.0%Mg-(1.5%Cu)合金在不同状态下的力学性能、显微组织以及时效特性的影响;初步探讨了稀土元素Er在Al-6.0%Zn-2.0%Mg-(1.5%Cu)合金中的存在形式,对合金显微组织的细化机理,对合金力学性能的强化机理。
结果表明:(1)微量Er在Al-6.0%Zn-2.0%Mg-(1.5%Cu)合金中少部分固溶在α(Al)基体中,大部分以Al3Er粒子形式存在。合金在凝固过程中析出一次Al3Er粒子呈方块状,与α(Al)基体结构相同、品格常数也与α(Al)相近。含Er超高强铝合金在均匀化退火过程中析出大量细小、弥散、呈蹄印状的二次Al3Er粒子。(2)将 Er添加到 Al-6.0%Zn-2.0%Mg-(1.5%Cu)合金中,能够提高Al-6.0%Zn-2.0%Mg-(1.5%Cu)合金的时效硬度,缩短合金达到硬度峰值所需的时间。Al-6.0%Zn-2.0%Mg-1.5%Cu-0.4%Er合金的时效硬化特性与Al-6.0%Zn-2.0%Mg-1.5%Cu合金类似,即随着时效时间的延长,合金达到硬度峰值。(3)微量Er在Al-6.0%Zn-2.0%Mg-(1.5%Cu)合金中的强化效应主要源于:①细晶强化,含Er的2#、3#、5#、6#合金在凝固过程中析出一次Al3Er粒子,显著细化铸态α(Al)基体晶粒;②亚结构强化,含Er的Al-6.0%Zn-2.0%Mg-(1.5%Cu)合金中的二次Al3Er粒子强烈钉扎位错,对合金形成亚结构强化;⑨析出强化,二次Al3Er粒子及其应力场与位错交互作用,当位错切割Al3Er粒子后,表面积增加,提高界面能,二次Al3Er共格析出相周围产生共格畸变,存在应力场阻碍位错运动,引起合金强化效应增强。(4)含Er的2#、3#和5#、6#合金分别在T6时效热处理态的力学性能比不含Er的1#和4#合金均有显著提高。(5)在固溶温度为470℃时,Al-6.05%Zn-1.92%Mg-1.47%Cu-0.39%Er合金的最佳固溶保温时间为120min,120℃×24h时效后,合金的抗拉强度为577.12MPa,屈服强度为514.96MPa,延伸率为11.8%。(6)Al-6.05%Zn-1.92%Mg-1.47%Cu-0.39%Er采用470℃/120min固溶后水淬,120℃/24h+170℃/1h+120℃/24h RRA处理,其综合力学性能为合金抗拉强度563.39MPa、屈服强度483.68MPa、延伸率为11.2%,电导率为38.1 ISCA(%)。