【摘 要】
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可热处理的Al-Mg-Si（-Cu）合金（6xxx系列）因其良好的成形性、高强度重量比和低成本在汽车和航空工业中得到了广泛的应用。合金经过固溶时效处理后会析出纳米尺度的析出相,能有效地阻碍位错的运动,强化合金。为了提高Al-Mg-Si（-Cu）合金的性能以满足生产应用的需求,有时还会添加一些其他合金元素。Sc元素被认为是铝合金中强化效果最优的元素之一。有研究发现在Al-Mg-Si（-Cu）合金中添
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可热处理的Al-Mg-Si（-Cu）合金（6xxx系列）因其良好的成形性、高强度重量比和低成本在汽车和航空工业中得到了广泛的应用。合金经过固溶时效处理后会析出纳米尺度的析出相,能有效地阻碍位错的运动,强化合金。为了提高Al-Mg-Si（-Cu）合金的性能以满足生产应用的需求,有时还会添加一些其他合金元素。Sc元素被认为是铝合金中强化效果最优的元素之一。有研究发现在Al-Mg-Si（-Cu）合金中添加Sc可以带来晶粒细化、抑制再结晶等优良性能。近年来Sc对Al-Mg-Si（-Cu）合金时效析出的影响也越来越受到人们的关注。本文采用显微硬度测试、透射电镜和高角度环形暗场扫描透射电镜成像技术,并结合第一性原理计算等方法,系统地展开了Al-Mg-Si（-Cu）-Sc合金力学性能和微观结构的研究。结果表明:Al-Mg-Si（-Cu）-Sc合金经过固溶时效处理后,基体内还存在未溶解的Al3Sc第二相。Al-Mg-Si-Sc合金中第二相数量少,尺寸粗大;Al-Mg-Si-Cu-Sc合金中的Al3Sc第二相的数量多,尺寸相对更加细小。在Al3Sc第二相上可以观察到两种6xxx系析出相的异质形核:第一种是棒状相在Al3Sc第二相界面处异质形核。第二种是板条相在Al3Sc第二相界面处异质形核。前者出现在大尺寸Al3Sc第二相上,后者出现在小尺寸Al3Sc第二相上。对于Sc对Al-Mg-Si合金180℃时效下力学性能及微观结构的影响的研究发现,添加Sc元素会引起Al-Mg-Si合金峰值硬度降低和热稳定性提升。Sc元素显著改变了Al-Mg-Si合金的析出序列:峰值时效阶段主要析出相为无序β"相;在过时效阶段,无序β"相会演变成β"/β’/B’/U2复合相。两种相中都有Sc原子的占据,其中无序β"相中Sc原子主要位于无序区域,在β"/β’/B’/U2复合相中Sc原子会随机占据β’和B’结构单元的Mg或者Al位点。无序β"相及复合相的形成很可能与Sc-Si原子之间强结合作用,以及Sc无法进入β"相结构中有关。Sc元素诱导的β"相关的复合相的形成是Al-Mg-Si-Sc合金热稳定性改善的主要原因。对于Sc对Al-Mg-Si-Cu合金力学性能及微观结构的影响的研究发现,添加Sc元素可以同时改善Al-Mg-Si-Cu合金在180℃时效和在250℃（高温）时效的热稳定性。这主要是因为Sc的添加促进Al-Mg-Si-Cu合金中析出了大量尺寸细小的QP2板条相,且这种板条相在时效后期尺寸不易粗化,强化效果优秀。
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