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微合金化是提高铝合金综合性能的有效方法之一。本文采用铸锭冶金法制备Al-6.0Mg-0.7Mn-0.1Zr-0.3Er合金热轧板,热轧温度分别为300℃、350℃、410℃和470℃。借助显微硬度测试、拉伸性能测试、平面应变断裂韧度KIC测试、冲击韧性测试、金相显微组织观察、SEM、TEM和EDS等分析测试手段,研究热轧温度对实验合金组织与性能的影响,并分析了热轧板在不同退火制度下的组织和性能变化。测试了470℃热轧板平面应变断裂韧度KIC值和低温冲击吸收功,并分析其断裂特征以及第二相对韧性的影响。结果表明:
当热轧温度从300℃升高到470℃时,实验合金抗拉强度和屈服强度分别从465MPa、380MPa降低到350MPa、200MPa,而延伸率从11%增加到20%。
Al-6.0Mg-0.7Mn-0.1Zr-0.3Er合金300℃、350℃、410℃和470℃热轧板的硬度突变的温度范围分别为225℃~275℃、225℃~300℃、250℃~325℃和275℃~350℃。在同一退火温度下,在0.5h~10h时间范围内硬度值急剧下降,而当时间从10h延长到100h时硬度值基本没有发生变化。
Mg原子与空位强烈的钉扎作用抑制位错的攀移,阻碍再结晶。Mn元素添加形成Al6Mn相有着双重作用机制,尺寸<0.3μm抑制再结晶,>0.3μm促进再结晶。细小球形次生Al3Er颗粒钉扎亚晶界和位错抑制再结晶。
实验合金470℃热轧板L-T和T-L取向平面应变断裂韧度KIC值分别为32.66MPa.m1/2和32.03MPa.m1/2。T-L取向裂纹的扩展方向与轧制方向一致,裂纹沿着第二相粒子形成的断裂通道扩展,故T-L取向断口上韧窝排列具有明显的方向性。而L-T取向的裂纹扩展方向垂直于轧制变形方向,故L-T取向断口韧窝方向性不明显。
470℃热轧板0℃、-70℃、-125℃和-196℃的低温冲击吸收功分别为61J、59.5J、58J和54.5J,随着实验温度的升高,冲击吸收功增加。所有实验温度下试样失效方式都是以Ⅰ型断裂为主,-196℃试样断口表现出的台阶型断裂特征符合Ⅰ/Ⅲ型混合载荷条件下的断裂形貌。
粗大的Al6Mn相和初生Al3Er相混合物作为裂纹的萌生源对韧性有不利影响;微米级Al6Mn相粒子和纳米级Al3Er相粒子通过钉扎晶界和位错可以稳定材料微观结构对材料的韧性有利。