【摘要】：以冷軋真應(yīng)變對鋁合金性能的影響為主線,通過測試不同預(yù)處理和冷軋真應(yīng)變下Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb(質(zhì)量百分比,下同)合金導(dǎo)線的力學(xué)和電學(xué)性能,尋找最佳冷熱處理方式,以期獲得高強、高導(dǎo)耐熱鋁合金導(dǎo)線。用高純Al,Al-Sc和Al-Yb中間合金通過熔配法制備Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb合金。鑄態(tài)合金分別經(jīng)均勻化,均勻化+峰時效(簡稱峰時效)和均勻化+熱擠+均勻化(簡稱熱擠)三種預(yù)處理后,進行了不同程度冷軋,冷軋真應(yīng)變分別為69、92、120、161和230%。通過預(yù)處理+冷軋+時效態(tài)合金的力學(xué)和電學(xué)性能測試,獲得了預(yù)處理和冷軋量對合金性能的影響,并重點比較了三種預(yù)處理+冷軋+峰時效態(tài)合金的力學(xué)和電學(xué)性能。主要研究結(jié)論如下:Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb合金的峰時效條件為330℃×1 h,預(yù)處理方式和時效前的冷軋對合金峰時效條件無明顯影響。三種預(yù)處理+冷軋+峰時效合金,硬度和強度均隨冷軋量增加而增加,且預(yù)處理方式對合金力學(xué)性能有明顯影響:在相同冷軋量下,峰時效預(yù)處理最高,熱擠次之,而均勻化最低。定量分析表明:合金力學(xué)性能(強度和硬度)與軋制真應(yīng)變關(guān)系均遵從Hollomon公式,通過擬合得到了相應(yīng)的強化系數(shù)K和強化指數(shù)n。發(fā)現(xiàn)對三種預(yù)處理+冷軋+峰時效合金而言,均勻化預(yù)處理n最大,熱擠次之,峰時效預(yù)處理最低。而對均勻化+冷軋+時效合金而言,n隨時效溫度升高先增大后減小,在280℃達到最大,在400~℃及以上時n是負值。對最大冷軋真應(yīng)變(230%)+峰時效態(tài)合金而言,峰時效預(yù)處理強度最高(屈服強度σ_(0.2)、抗拉強度σ_b和伸長率δ分別為192.6±2.5 MPa,215.6±3.1 MPa和10.3%±1.4%),熱擠稍低(σ_(0.2)、σ_b和δ分別為191.8±4.8 MPa,214.3±4.9 MPa和11.9±1.5%),均勻化最低(σ_(0.2)、σ_b和δ分別為174.6±2.6 MPa,199.0±0.9 MPa和11.4±2.6%)。產(chǎn)生這種變化的原因主要與冷軋合金在時效過程中形成的亞結(jié)構(gòu)和次生Al_3(Sc,Zr,Yb)沉淀相有關(guān)。冷軋引入大量位錯,導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力增大。在冷軋后的峰時效時,一方面這些位錯會發(fā)生恢復(fù)和再結(jié)晶,形成細小的亞結(jié)構(gòu);另一方面,位錯和亞結(jié)構(gòu)均是基體的畸變區(qū),易成為次生Al_3(Sc,Zr,Yb)共格沉淀的形核點,且較大的內(nèi)應(yīng)力也有助于析出更多的Al_3(Sc,Zr,Yb)共格沉淀。因而峰時效合金力學(xué)性能均隨冷軋量的增加而不斷提高。在三種預(yù)處理方式中,峰時效預(yù)處理強度最高,熱擠次之,而均勻化最低,即相同冷軋量所需的軋制力也依次降低。因而經(jīng)最終峰時效后,峰時效預(yù)處理方式獲得的強度最高,熱擠次之,而均勻化最低。三種預(yù)處理+冷軋+峰時效態(tài)Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb合金的導(dǎo)電性測試結(jié)果表明:在相同預(yù)處理方式下,合金20℃電導(dǎo)率均隨冷軋量的增加而不斷增加。這表明峰時效前的冷軋不僅能提高合金的力學(xué)性能,還能有效改善合金導(dǎo)電性。這是因為冷軋既能促進一些鑄造微裂紋閉合,還能促進更多固溶原子析出形成次生Al_3(Sc,Zr,Yb)共格沉淀相,從而降低合金中固溶原子數(shù)量。這兩個因素都能導(dǎo)致合金導(dǎo)電性提高。此外,預(yù)處理方式對冷軋+峰時效態(tài)合金的電導(dǎo)率也有明顯影響。整體而言,在相同冷軋量下,熱擠預(yù)處理的導(dǎo)電性最高,峰時效次之,而均勻化最低。這與力學(xué)性能規(guī)律略有不同,這是因為熱擠預(yù)處理多了一道微裂紋閉合工序。對最大冷軋真應(yīng)變(230%)+峰時效態(tài)合金而言,熱擠預(yù)處理的20℃相對電導(dǎo)率最高(62.45%IACS),峰時效處理次之(61.7%IACS),而均勻化預(yù)處理最低(61.5%IACS),但整體差別不大。綜上所述,在三種預(yù)處理方式下,冷軋+峰時效Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb合金的強度和導(dǎo)電性均隨冷軋量的增加而增加。其中,熱擠(或峰時效)+230%冷軋+峰時效態(tài)合金具有最佳的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能,其抗拉強度可以達到214.3±4.9 MPa(215.6±3.1 MPa),屈服強度為191.7±4.7 MPa(192.6±2.5 MPa),延伸率為11.9±1.5%(10.3%±1.4%),20℃相對電導(dǎo)率62.45±0.65%IACS(61.74±0.87%IACS)。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.21;TG339
【圖文】：

圖 1.1 富鋁端 Al-Sc 相圖有相似的結(jié)構(gòu)，并且他們之間晶格常數(shù)相近（約 1.6%的差異[16]）所以 Al3S起到和 α-Al 一樣的形核位點。Zhang Z[17]等人研究發(fā)現(xiàn)向 Al-Mg 合金中 時，可以明顯提高合金的強度。當 Sc 的含量達到 0.2％，0.4％和 0.6％-Mg 合金的抗拉強度分別提高了 4％，30％和 40％; 屈服強度分別提高了 1％和 111％。但是與不含 Sc 的合金相比，延伸率分別降低了 12％，33％和 4主要是由于從粗大的枝晶到細的等軸晶粒的結(jié)構(gòu)演變。Harada[18]使用熱分析和光學(xué)顯微鏡測試含有高達 8.75wt％Sc 的樣品。作表明共晶溫度約為 665℃。發(fā)現(xiàn)了析出相主要為是 Al3Sc，其晶格參105 nm。在 225-360℃的時效溫度內(nèi)，測試 1wt％Sc 合金的冷鑄鑄造樣品硬化行為。得到在 250℃時效 3 天后獲得最大硬度為 77Hv。時效后硬度持 12 天。Mondol 等[19]通過添加少量的 Sc（0.8wt.％）使 2219 鋁合金的能得到極大改善。發(fā)現(xiàn)由于細化了晶粒尺寸，Al3Sc 和 Al3（Sc，Zr）彌散00}和{111}平面上的 GP 區(qū)以及加工硬化導(dǎo)致室溫強度顯著提高。在 200后，GP 區(qū)主要轉(zhuǎn)變?yōu)?θ'析出相和幾個 沉淀相。Sc 和 Mg 原子在 θ'基體

了 θ'析出相的粗化并使其在較高溫度下穩(wěn)定。Zr）對于鋁合金的影響序數(shù)為 40，位于元素周期表中第 3 負族第 5 周期，屬于鋁合金微觀結(jié)構(gòu)和性能的重要合金元素。 為 Al-Zr 合金富鋁端二元相圖，Zr 單獨添加會在鋁鋯合Zr 可以替代沉淀物中的 Sc，并形成晶格參數(shù)小于 Al3Sc[20]圖 1.3）。盡管這種較小的晶格畸變會使蠕變阻力稍微降低1]。如圖 1.3 所示，把晶格參數(shù)作為研究中替代 Sc 的元素在 Al3Sc 中具有一定的溶解度并且大部分都增加了晶格格常數(shù)），并且可以看出 Al3Sc1-xZrx析出物對晶格參數(shù)r 在 Al 中的擴散率非常低，所以析出物中 Zr 很少。這種 Zr 附著在 Al3Sc 沉淀表面的性質(zhì)阻止了 Sc 擴散，進一步

圖 1.3 不同元素替代 Sc 的比例與晶格常數(shù)的關(guān)系an[24]發(fā)現(xiàn)在二元 A（lSc）合金中加入 Zr 可以延緩在時過時效的微硬度的影響很小。Junchao Zhang[25]研究了添加 Zr 對 Al-M織，力學(xué)性能和電化學(xué)性能的影響。透射電子顯微鏡（TEM）狀態(tài)下，含 Zr 合金中的析出物比無 Zr 合金中的析出物更細驗結(jié)果表明，Zr 添加后退火態(tài)合金的綜合力學(xué)性能有顯著提究了不同含量 Zr 對鑄態(tài)工業(yè)純鋁結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明0.2wt.％時，粗晶粒分布在鑄錠的表面上。當 Zr 含量達到 0.3wt占據(jù)橫截面的中心。Zr 含量從 0 增加到 0.3 wt.％過程中工業(yè)從 51.6％IACS 升至 60.9％IACS，硬度從 22.4 HV 增加至 26化晶粒的機制，F(xiàn)engWang 等人[27]對此進行了詳細的研究，通過析，確定了 Al3Zr 析出相對鋁來說是高效的形核劑，通過 E2E Al3Zr 和 Al 的原子間隙錯配度和晶面錯配度極小，有較強的到 Zr 在 Al 中增長限制效應(yīng)，可以確定，Zr 對鋁合金的細化作用造成的。由于析出相的存在，使得含 Zr 的鋁合金的抑制

【參考文獻】

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本文編號：2801510