本文關(guān)鍵詞：Yb部分置換Zr對(duì)Al-0.2Sc-0.04Zr合金高溫蠕變行為的影響

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【摘要】：本論文以高純Al(99.991wt.%,重量百分比,下同),Al-1.85Sc、Al-4.38Zr和Al-5.08Yb中間合金為原料,通過(guò)熔配法制備Al-0.2Sc-0.04Zr和Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb兩種成分合金,640 oC條件均勻化退火24 h后水淬,進(jìn)行時(shí)效制度優(yōu)化,獲得最佳時(shí)效溫區(qū)。研究Yb部分置換Zr對(duì)Al-0.2Sc-0.04Zr合金高溫蠕變性能和導(dǎo)電性的影響,結(jié)合金相顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)觀察,深入分析蠕變機(jī)理。Al-0.2Sc-0.04(Zr,Yb)合金經(jīng)不同溫度時(shí)效189 min后的室溫拉伸試驗(yàn)表明:兩種合金均存在欠時(shí)效,峰時(shí)效和過(guò)時(shí)效階段。Yb部分置換Zr能進(jìn)一步提高合金強(qiáng)度,最佳時(shí)效溫區(qū)為300 oC-350 oC。不同熱處理態(tài)Al-0.2Sc-0.04(Zr,Yb)合金的導(dǎo)電性測(cè)試結(jié)果表明:時(shí)效能明顯提高合金導(dǎo)電性,且隨著時(shí)效溫度的升高直至過(guò)時(shí)效溫度400 oC,電阻率連續(xù)下降,這與Al3(Sc,Zr,Yb)次生沉淀的形成和長(zhǎng)大有關(guān)。Yb部分置換Zr對(duì)電阻率有一定影響,且隨時(shí)效狀態(tài)而改變:在峰時(shí)效態(tài)(330 oC×189分鐘),Yb部分置換Zr能適當(dāng)提高合金導(dǎo)電性,而在其它熱處理態(tài),均導(dǎo)致導(dǎo)電性有所降低。這主要與Al3(Sc,Zr,Yb)的熱穩(wěn)定性,以及不同固溶元素在Al基體中引起的畸變不同有關(guān)。峰時(shí)效態(tài),Al-0.2Sc-0.04Zr和Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb合金的相對(duì)電導(dǎo)率(%IACS,20 oC時(shí)材料導(dǎo)電性與國(guó)際退火純Cu導(dǎo)電性之比)分別為59.8%IACS和60.8%IACS,而在過(guò)時(shí)效態(tài),相對(duì)導(dǎo)電性更是分別高達(dá)63.6%IACS和63.3%IACS,均超過(guò)導(dǎo)線的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(58%IACS)。峰時(shí)效Al-0.2Sc-0.04(Zr,Yb)合金150-300 oC高溫單軸拉伸蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果表明:在相同溫度和相同應(yīng)力水平下,Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb合金的最小蠕變速率明顯低于Al-0.2Sc-0.04Zr合金,這表明0.02%Yb置換部分Zr能改善合金的高溫抗蠕變能力。表面駐留滑移帶觀察發(fā)現(xiàn),駐留滑移帶集中在晶粒內(nèi)部,極少能穿過(guò)晶界。隨著溫度的升高,合金駐留滑移帶間距明顯變寬,且出現(xiàn)不同取向的駐留移帶相互交叉現(xiàn)象,這表明高溫有助于多個(gè)滑移系統(tǒng)的開(kāi)動(dòng)。同一溫度下Yb部分置換Zr使得合金駐留帶間距變得較寬,且不再平直。采用恒定溫度下應(yīng)力遞增方法,獲得了Al-0.2Sc-0.04(Zr,Yb)合金在不同溫度下的蠕變速率與外加應(yīng)力關(guān)系。結(jié)果表明:兩種合金應(yīng)力指數(shù)均隨著蠕變溫度的升高而增加。Yb部分置換Zr,使得合金在相同蠕變溫度下有更大的表觀應(yīng)力指數(shù):Al-0.2Sc-0.04Zr合金(24-56),Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb合金(38-86),均大于純Al(4.4)值。說(shuō)明Al-0.2Sc-0.04(Zr,Yb)合金的蠕變應(yīng)存在門(mén)檻應(yīng)力。采用傳統(tǒng)處理方法,假定應(yīng)力指數(shù)與純鋁相同(n=4.4),利用t1/4.4t~σε關(guān)系作圖,可獲得合金的高溫蠕變激活能,以及不同溫度下的蠕變門(mén)檻應(yīng)力。結(jié)果表明:150 oC蠕變時(shí)獲得的數(shù)據(jù)與200 oC以上結(jié)果存在明顯偏離,因此只對(duì)200 oC-300oC溫區(qū)內(nèi)σε~1/4.4關(guān)系進(jìn)行分析,得到兩種合金蠕變激活能:Al-0.2Sc-0.04Zr合金為134.82 k J/mol,Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb合金為139.64 k J/mol,略大于純鋁自擴(kuò)散激活能124 k J/mol。對(duì)Al-0.2Sc-0.04Zr和Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb兩種合金而言,門(mén)檻應(yīng)力隨溫度升高近似線性減小,分別為T(mén)1314.01.100th-=σ,T1275.02.100th-=σ,說(shuō)明Yb部分置換Zr能夠提高合金的門(mén)檻應(yīng)力。綜合上述結(jié)果:Yb部分置換Zr雖然只能提高Al-0.2Sc-0.04(Zr,Yb)合金峰時(shí)效態(tài)的導(dǎo)電性,但能改善合金室溫拉伸性能和高溫蠕變性能,其蠕變機(jī)理為存在門(mén)檻應(yīng)力的位錯(cuò)攀移控制的高溫蠕變。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG146.21

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本文編號(hào)：1174082