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Sc對7056鋁合金組織和性能的影響

田少鯤 李靜媛 張俊龍 呂丹

田少鯤, 李靜媛, 張俊龍, 呂丹. Sc對7056鋁合金組織和性能的影響[J]. 工程科學學報, 2019, 41(10): 1298-1306. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.22.003
引用本文: 田少鯤, 李靜媛, 張俊龍, 呂丹. Sc對7056鋁合金組織和性能的影響[J]. 工程科學學報, 2019, 41(10): 1298-1306. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.22.003
TIAN Shao-kun, LI Jing-yuan, ZHANG Jun-long, Lü Dan. Effect of Sc on the microstructure and properties of 7056 aluminum alloy[J]. Chinese Journal of Engineering, 2019, 41(10): 1298-1306. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.22.003
Citation: TIAN Shao-kun, LI Jing-yuan, ZHANG Jun-long, Lü Dan. Effect of Sc on the microstructure and properties of 7056 aluminum alloy[J]. Chinese Journal of Engineering, 2019, 41(10): 1298-1306. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.22.003

Sc對7056鋁合金組織和性能的影響

doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.22.003
基金項目: 

國家重點研發計劃資助項目 2016YFB0700300

國家重點研發計劃資助項目 2016YFB0300901

詳細信息
    通訊作者:

    李靜媛, E-mail: lijy@ustb.edu.cn

  • 中圖分類號: TG146.2;TG146.4;TG156.21

Effect of Sc on the microstructure and properties of 7056 aluminum alloy

More Information
  • 摘要: 對鑄態合金進行了均勻化處理、擠壓、固溶處理和時效處理,通過分析合金的化學成分,觀察合金在不同狀態的顯微組織及析出相透射電鏡(TEM)形貌,測試合金在熱處理后的硬度和拉伸性能,研究了向7056鋁合金中加入質量分數0.2%的Sc對合金組織和性能的影響.實驗結果表明,Sc元素的加入可以明顯細化組織晶粒,鑄態晶粒由100~500 μm下降到50 μm左右;Sc元素的加入對合金的塑性有大幅度提高,時效處理后,合金的斷后伸長率從10.82%增加到了13.60%;但屈服強度卻由668 MPa下降到657 MPa.通過綜合計算晶粒大小、析出相強化等因素,詳細分析了Sc元素加入引起7056鋁合金峰時效態屈服強度下降的原因.理論計算顯示,向合金中加入質量分數0.2%的Sc元素時,峰時效處理后,合金的強度值會下降12.005 MPa,與試驗值11 MPa接近.研究得到7056鋁合金最佳的單級時效制度為120℃+16 h,峰值硬度和強度為195.2 HV和714 MPa,此時合金中主要強化相為圓盤狀和短棒狀的MgZn2相,大小約為4~6 nm,同時存在球狀的Al3Zr相,大小約為20 nm.

     

  • 圖  1  兩種合金在不同狀態下顯微組織. (a)7056鑄態合金; (b)7056+Sc鑄態合金; (c)7056鑄態合金; (d)7056+Sc鑄態合金; (e)7056固溶態合金; (f)7056+Sc固溶態合金; (g)7056時效態合金; (h)7056+Sc時效態合金

    Figure  1.  Microstructure of two alloys in different states: (a)7056 alloy (as-cast); (b)7056 alloy with Sc (as-cast); (c)7056 alloy (as-cast); (d)7056 alloy with Sc (as-cast); (e)7056 alloy (solid solution state); (f)7056 alloy with Sc (solid solution state); (g)7056 alloy (aging state); (h)7056 alloy with Sc (aging state)

    圖  2  兩種合金在不同狀態下平均晶粒大小(1—鑄態; 2—固溶態; 3—時效態)

    Figure  2.  Average grain size of the two alloys in different states(1—as-cast; 2— solid solution; 3—aging)

    圖  3  合金在T6態下透射電鏡圖及選區能譜分析. (a)不含Sc; (b)含Sc

    Figure  3.  TEM images for the alloy samples aged with T6 and EDS analysis results of the selected area: (a) without scandium; (b) with scandium

    圖  4  不含Sc(a)和含Sc(b)的7056鋁合金的擠壓態顯微組織

    Figure  4.  Microstructures of the extrusion 7056 aluminum alloys without scandium (a) and with scandium (b)

    圖  5  7056鋁合金在120 ℃時效過程中硬度變化曲線

    Figure  5.  Hardness curves of the 7056 aluminum alloys aged at 120 ℃

    圖  6  T6態合金衍射花樣.(a)無Sc合金沿〈011〉晶帶軸衍射花樣; (b)含Sc合金沿〈001〉晶帶軸衍射花樣

    Figure  6.  Diffraction patterns of the alloy under T6 temperature: (a) diffraction pattern along the 〈011〉 crystal ribbon axis of the alloy without Sc; (b) diffraction pattern along the 〈001〉 crystal ribbon axis of the alloy with Sc

    圖  7  兩種合金MgZn2相質量分數隨溫度變化圖

    Figure  7.  Graph of the percentage of MgZn2 phase in two alloys as a function of temperature

    圖  8  7056鋁合金在不同時效溫度下的硬度曲線

    Figure  8.  Hardness curves of the 7056 aluminum alloys under various aging temperatures

    圖  9  T6態7056鋁合金沉淀析出相. (a)晶界析出相; (b)晶內析出相

    Figure  9.  Precipitated phase of 7056 aluminum alloy under T6 state: (a) grain boundary precipitate; (b)intragranular precipitate

    表  1  兩種合金的化學成分(質量分數)

    Table  1.   Chemical composition of the two alloys?%

    樣品 Zn Mg Cu Zr Si Fe Mn Ti Sc Al
    1 9.56 1.94 1.46 0.18 0.0054 0.012 0.11 0.06 余量
    2 9.44 1.93 1.50 0.18 0.0060 0.011 0.10 0.09 0.2 余量
    下載: 導出CSV

    表  2  兩種合金在固溶處理及時效處理后的機械性能

    Table  2.   Mechanical properties of the alloys under solution treatment and aging treatment

    試樣 狀態 屈服強度/MPa 抗拉強度/MPa 斷后伸長率/%
    1 固溶態 465 638 10.12
    時效態 668 714 10.82
    2 固溶態 418 588 11.28
    時效態 657 693 13.60
    下載: 導出CSV
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  • 收稿日期:  2018-10-22
  • 刊出日期:  2019-10-01

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