第4讲-有色合金微合金化理论及其工程应用 尹志民.pptVIP

有色合金微合金化理论及其工程应用 尹志民 1.　概述 2.微量元素在铝合金中的存在形式和作用机制 * * 材料科学与工程前沿及进展（4） ① 主合金元素 钢：Fe，Ni，Cr，Mn，...... 铝合金：Al，Cu，Mg，Zn，...... 铜合金：Cu，Zn，Al，Fe，Ni，...... ② 微量元素 微量：加入量不大，却能使合金组织和性能产生　　　 重大变化，分微量添加元素和微量杂质元素 钢：C，Ti；O，S，P，......（20CrMnTi） 铝合金：Ti，B，Zr，Sc，Re；K，Na，Ca，Bi...... 铜合金：Cr，Zr，Ag，Re，As，B；As，O，S， Bi，...... 钛铝化合物：Cr，Mn，Sc，...... 镍铝化合物：B，C，...... ③ 研究目的 弄清它们在合金中的存在形式和作用机制，有益者充分利用，有害的严格控制和清除它。同时介绍一下研究微成分和微结构方法，下面以铝合金为例重点分析讨论 ① 细化晶粒。在熔体凝固时就存在，起人工晶核作用 Ti：TiAl3? B：TiB2 Zr：Al3ZrI Sc：Al3ScI d↓σy↑，强度增幅20~30MPa ② 抑制加工过程中再结晶，半连铸条件下过饱和 固溶于基体，铸锭均匀化时从固溶体析出一些 化合物 Cr：Al7Cr Mn：Al6Mn Zr：Al3ZrII Sc：Al3ScII 加工组织保留部分亚结构组织 强度增幅30~40MPa 2.微量元素在铝合金中的存在形式和作用机制 析出强化，铸锭均匀化时析出 Zr：Al3ZrII? Sc：Al3ScII ???? 析出强化，强度增幅50~60MPa ④ 有害杂质元素 Fe，Si：q1(AlFeSi)，底心正交，球状；q2(AlFeSiMn)， 底心正方，长棒状；当合金中含Cu时，形 成Al7Cu2Fe，体心四方结构 消除办法：加Re [H]：导致氢脆 消除办法：熔体净化处理时除气 K，Na，Ca：偏聚于晶界，形成连续原子层的薄膜， 导致晶界脆性 消除办法：Na+Bi→NaBi 3.微合金化技术的工程应用 实例分析： 纯Al及6063铝合金中的Ti和B Al-Mg-Li-Zr-Ag合金中的Ag Al-Li-Cu-Mg-Zr合金中的Zr Al-Mg-Sc-Zr合金中的Sc和Zr Al-Zn-Mg-Sc-Zr合金中的Sc和Zr Cu-Cr-Zr合金中的Cr和Zr Cu-Ag-Zr合金中的Ag和Zr Al-Mg-Li-Zr-Ag合金中的Ag Al-Mg-Li-Zr和Al-Mg-Li-Zr-Ag合金的化学成分 合金 Mg Li Zr Ag Al 1 4.92 2.1 0.1 - 余量 2 5.14 1.94 0.11 0.46 余量 图1 合金在170℃时效，硬度和拉伸性能随时间的变化 a) 硬度 b) 拉伸性能 图2 合金的晶粒组织 a)合金1 b)合金2 图3 170℃/3h时效后的显微组织结构 a~b)合金1 c~d)合金2 图4 170℃/24h时效后的显微组织 a)合金1 b~c)合金2 图5 230℃/3h时效的显微组织 a)合金1 b)合金2 图6 2号合金固溶态中Ag的存在形式 α(Al) Mg3Ag? Al-Li-Cu-Mg-Zr合金 Al-Mg-Sc-Zr合金中的Sc和Zr 余量 0.4 0.4 6 6#（Al-6Mg-0.4Mn-0.4(Sc+Zr)） 余量 － 0.4 6 5#（Al-6Mg-0.4Mn） 余量 0.4 0.4 4 4#（Al-4Mg-0.4Mn-0.4(Sc+Zr)） 余量 － 0.4 4 3#（Al-4Mg-0.4Mn） 余量 0.4 0.4 2 2#（Al-2Mg-0.4Mn-0.4(Sc+Zr)） 余量 － 0.4 2 1#（Al-2Mg-0.4Mn） Al Sc＋Zr Mn Mg 编 号 Al-Mg-M