Er对5A01铝合金组织和性能的影响

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Al-Mg合金具有焊接性能好、耐腐蚀、强度高、成形性好等优点,是所有铝合金中强度和耐蚀性结合最好的一个合金体系,因此被广泛的应用于车身结构、列车、船舶、低温容器的制造中,提高Al-Mg合金的强度是促进船舶、汽车和轨道交通等轻量化的重要途径。为了满足船舶材料强度要求,对于含Mg量在6%左右的铝合金有更多的需求,5A01铝合金是这一成分范围内的典型合金之一,所以对5A01铝合金的研究显得尤为重要。  5A01铝合金是不可热处理强化合金,添加微合金化元素是提高性能的一种有效手段,常用的合金元素为Sc、Zr、Er。然而,由于Sc的成本太高,使其应用范围变小, Er作为Sc的替代元素,Er的添加也能够起到提高铝合金强度的作用。  为此,本文探究了不同含量的Er对不同状态的5A01铝合金微观组织、力学性能和腐蚀性能的影响,分析了Er在5A01铝合金中的存在形式及作用机理。制备了不同Er含量的5A01铝合金,并对合金进行均匀化退火、热轧、中间退火、冷轧、稳定化退火等加工,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)表征材料的微观结构,利用力学拉伸试验、显微硬度测试、电化学测试、晶间腐蚀试验等测试合金的性能。  不同Er含量的5A01铝合金铸态、均匀化退火态组织与性能的分析结果表明:凝固过程中,Er与Al形成初生Al3Er粒子,该粒子在固液相线的前端,能够增大凝固过程中的成分过冷,限制α-Al枝晶的生长,细化了铸态合金的枝晶;同时,Al3Er粒子能够作为异质形核的核心,提高了形核率,细化铸态组织的晶粒,当 Er的添加量为0.33%以上时,细化的效果最为显著;均匀化退火后,从基体中析出了次生的Al3Er、Al3(Er,Zr)粒子。Er的添加能够提高5A01铝合金铸态、均匀化退火态的硬度,当Er的添加量为0.33%以上时,合金的强度显著提高。Er对5A01铝合金的强化主要由合金元素的固溶强化、细晶强化、第二相的沉淀弥散强化共同作用。  不同Er含量的5A01铝合金热轧态、中间退火态、冷轧态组织与性能的分析结果表明:Er的添加能够显著的细化5A01铝合金热轧态、中间退火态、冷轧态变形组织,其中,当 Er含量为0.33%以上时,纤维状的变形组织更为紧密。Er的添加会提高5A01铝合金热轧态、中间退火态、冷轧态的硬度。对于热轧态合金,当Er含量为0.45%时,硬度提高近30%;对于冷轧态的合金,当Er含量为0.33%时,抗拉强度提高23MPa,屈服强度提升20MPa,继续添加Er后,强度没有继续升高。  不同Er含量的5A01铝合金稳定化退火后组织与性能的分析结果表明:随着稳定化退火温度的提高,晶粒形状逐渐变宽,添加Er能够抑制5A01铝合金再结晶。在不同的稳定化退火温度下,添加Er能够提高5A01铝合金的强度,当Er添加量为0.33%时,合金的强度最高;强度提高是因为次生的 Al3Er、Al3(Er,Zr)粒子能够钉扎位错,阻碍位错的运动;当稳定化退火温度较高时,Er对5A01铝合金的强化效果减弱。Er能够提高5A01铝合金的腐蚀性能,随着Er含量的增加,5A01铝合金的腐蚀电流密度降低,腐蚀电位升高,晶间腐蚀敏感性降低。
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