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在铝合金中添加微量合金化元素是提高其综合性能的有效方法之一。课题组前期系统的研究表明,稀土元素Er可以明显地改善Al-5Mg、Al-Zn-Mg以及Al-Mg-Mn合金的组织与性能。在此基础上,本文采用铸锭冶金法制备了含不同量Er的Al-4.5Mg-0.15Zr和Al-4.5Mg-0.7Mn-0.10Zr合金。利用力学性能测试、金相组织观察、X射线衍射分析、扫描电镜与能谱分析、透射电镜观察等分析测试手段,分别研究了不同含量Er对Al-4.5Mg-0.15Zr合金常温力学性能与微观组织及对Al-4.5Mg-0.7Mn-0.10Zr合金150℃短时拉伸、持久拉伸和疲劳性能的影响,并对Er对Al-4.5Mg-0.15Zr-0.4Er合金再结晶行为的影响进行了探讨。结果表明:
不同含量的Er可不同程度的影响Al-4.5Mg-0.15Zr合金冷轧态的强度和塑性。添加0.2%Er时,Al-4.5Mg-0.15Zr合金的强度提高不明显;当Er的添加量增加到0.4%时,冷轧态合金的屈服强度和抗拉强度分别提高了16Mpa和29MPa,延伸率基本不变;继续增加Er含量,强度变化不大,塑性明显下降。
稀土Er含量对Al-4.5Mg-0.7Mn-0.10Zr合金150℃短时拉伸性能影响不明显,但加入0.6%Er的合金塑性显著下降;含0.2%和0.4%Er的实验合金的持久性能更好,155MPa下,持久时间分别为94.43h和94.50h,而不含Er和含0.6%Er的合金的持久时间分别为73.83h和74.33h,持久时间延长了大约21%;随着持久时间的延长,在韧窝壁及韧窝隔墙上出现涟波花样,晶界滑移更充分,因此持久时间更长;含0.4%Er的Al-4.5Mg-0.7Mn-0.10Zr合金的疲劳性能更好,比不含Er的提高了5~10MPa;当Er含量增加到0.6%Er后,由于粗大第二相体积分数的增加,疲劳性能有所降低。
微观组织分析表明,Er含量低于0.4wt.%时,对两种实验合金的铸态晶粒尺寸影响较小,但可明显减小枝晶间距。当Er含量达0.4wt.%及以上时,晶粒细化效果非常显著。在实验工艺条件下,Er有效细化晶粒的临界成分为0.4wt.%。
综上可得,Er是Al-4.5Mg-0.15Zr和Al-4.5Mg-0.7Mn-0.10Zr合金的有效微量元素,添加名义成分为0.4wt.%的Er,可使实验合金具有较好的综合性能。