Zn和复合稀土(La-Ce)对锌铝合金组织和性能的影响

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随着科技时代的到来,人们对能源和高性能产品的需求更加迫切,能源的枯耗问题日益严重,人类生活和社会要持续发展必须做到节约资源,改善环境,开辟新途径,寻求新的发展方向。轻量化是有效的发展方向之一,铝合金是轻量化首选的金属材料。我国是铝资源大国,但对铝的高性能应用以及研究与国外的先进水平差距很大,总结长期以来的科研经验和成果,通过加入微量合金元素可以显著改善合金的性能。  本文采用熔炼铸造方法制备Zn和复合稀土添加量不同的铝合金,随后经过热处理及挤压处理,采用OM、SEM、EDS观察合金的微观组织,XRD分析其相组成,通过拉伸实验和布氏硬度计测量材料的力学性能,得出以下几点结论:  (1)Zn元素加入铝中产生明显的固溶强化效果。锌7.5wt.%时,强度为311.4Mpa,硬度为109.33HBS;当锌9.5Wt.%时,强度上升到331.44Mpa,硬度为118HBS。锌元素的添加改善了Al-Cu相的分布,随着锌含量的增加,促进颗粒状Al-Cu相和B(ZnAl)相弥散分布在合金组织中,阻碍位错的移动,且Al-Cu相和p相的硬度较基体相要高,合金强度、硬度提高。拉伸断口呈现为准解理断裂特征。  (2)复合稀土(Ce-La)发挥异质形核作用,比未添加稀土的合金晶粒有所变细,添加0.2wt.%的稀土时,抗拉强度从311.4 MPa上升到343.14 MPa,提高了10%左右,硬度也从109.33 HBS增加到124 HBS,上升了13%。稀土含量达到0.4wt.%时,组织中开始生成稀土化合物相,稀土含量高达0.6wt.%时,晶粒发生粗化,塑性下降。断口韧窝底部的第二相颗粒物随稀土含量上升而增加。稀土添加量为0.2wt.%,锌含量为7.5wt.%时,合金的综合力学性能较好。  (3)T4处理后锌元素大量固溶到铝基体中,富锌相η和β(ZnAl)相基本溶解,合金中形成的高熔点复杂稀土相不受固溶温度影响,仍然保持自身的稳定性。随锌含量增加,合金巾Al-Cu颗粒相则更加明显弥散分布在枝晶周围。晶界处的深灰色富锌相结构消失,减弱了富锌相对第二相化合物的粘滞作用,暴露的第二相对基体的割裂作用加剧,降低合金的塑性。断口形貌表现出解理断裂特征。  (4)合金中添加复合稀土(Ce-La)经T4处理后,稀土能减少Mn、Cu、Si在铝中的固溶度,促使形成更多的化合物。当稀土超过0.2wt.%时,组织粗化,力学性能总体呈下降的趋势。拉伸断口呈现为解理断裂特征。  (5)挤压后,被压碎的第二相颗粒状在基体上弥散分布,晶粒变细,合金的强度硬度塑性都获得不同程度的提高。Zn为9.5wt.%,合金的抗拉强度从铸态的331.44MPa增加到了411.38MPa,伸长率从铸态的1.05%增加到了11.2%,强度、伸长率分别提高了24%、9.7%。添加复合稀土Ce-La后,弥散的第二相细小颗粒数目显著增多,合金的塑韧性提高,当稀土超过0.4wt.%时,不规则的第二相颗粒增加,晶粒变粗,导致合金的总体力学性能下降。
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