2002-Al—Mg—Sc—Zr系富Al角相图评估

· 16· 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 导报 2002年 6月第 16卷第 6期 Al—Mg—Sc—Zr系富 Al角相图评估 曾凡浩 夏长清 古 一 (中南大学材料科学与工程系，长沙 410083) 摘要 总结了近年来 AI—Mg Sc Zr四元系相图的发展情况， 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了A1一Mg—Sc—Zr四元季中富铝庵存在的中间 相 Al Sc．Al zr．AI (Se ⋯Zr)，A1MgZr厦 它们 的相鳍构 ，概递 了幂加 Sc·Zr对 AI—Mg合 金的 有益作 用 ，指 出了 Al Mg—Se-Zr四元相 圈的价值和研究方向。 关键词 相图 中间相 AlMg Sc Zr四元系 An Assessment of A卜M g—Sc—Zr System in Aluminum-Rich Region ZENG Fanhao XIA Changqing GU Yi (Department oI Materials Science and Engineering，Central South University+Changsha410083) Abstract The current status of study of A1--Mg--Se—Zr system in the aluminum--rich region in recent years is reviewed，the intermediate pha~e AI3Sc，A1 3Zr，Al|(So1⋯Zr)，and A1M gZr in the aluminum rich region oI AI—M g—Sc— Zr system is analysed，and the good effect of addition of Sc，Zr tO A1一Mg alloy is summarized．Finally，the research val— ue oI this syst即 】and its development trends are pointed OUt． Key words phase diagram，intermediate phase，AI—M g Sc Zr system Sc是 3d型过渡族金属，叉属稀土金属 用 Sc合金化对 AI及 Al合金的组织性能具有很有益的作用，它是铸造晶粒 的强烈变质剂，细化晶粒 ；元素 Sc能在 Al合金中形成 Ll。 型共格析出相 Al Sc，晶格常数与 Al基体的相近叫，有强的时 效硬化效应。含钪铝合金的强度可与 Al I i合金的相比叫，而 且热稳定性高。所以Sc是发展高强、高耐热、高抗蚀性 A1合 金极有希望的一种微量添加元素 西 也是Al合金常用添加 元素，它能显著提高 A1一Zn—Mg系合金的可焊性 ，有资料表 明，加入 0．2wt Zr，焊接裂纹明显减少 zr还能提高合金的 再结晶终了温度和合金的耐应力腐蚀性能，当 西 含量大于 0 3wt 时．再结晶温度可达 500oC以上_{]。研究表明，sc与 zr同时添加到 A1合金中形成的 Al (So—Zr )相是以Al。s 为基础的置换固溶体，Sc和zr相互置换，晶格类型、晶格常 数变化小 均匀化热处理过程中大量析出的A1s(Sct⋯Zr)粒 子细小弥散地分布在 a(A1)基中．与基体共格，它能强烈钉扎 位错和晶界．阻碍位错运动和晶界迁移．抑制合金再结晶．使 合金获得结构强化和析出强化．大大提高合金强度，而合金的 韧性仍保持在较高水平，从而使合金具有优良的综合力学性 能 依靠增大原始固溶体的过饱和度和相应地增大其分解产 物的弥散度，强化效应可提高 1倍多 叫]。本文的评估为在 A1一Mg合金和 Al—Zn—Mg台金中添加 Sc、zr元素，开发高强 高韧、耐蚀可焊的Al合金提供依据。 1 Al—Mg—sc系统 1 1 Al—sc二元相图 前苏联学者 }hy帐HH等在 1965年发表的 Al Sc系--71； 相图富铝角存在 L+A1 Sc—d(A1)包晶反应 ]，反应温度是 65s℃。但是．文献[9～14]指 出 A1一Sc系富铝端存在 L— a(A1)+A1 Sc共 晶反 应．共 晶温 度 655。C，共 晶成 分 为 0 52wt 的Sc，Sc在铝中的最大固溶度为 0．38wt Sc 图 1是根据文献[13～1 7]绘制的 Al Sc二元相图。化合 物 Al Sc为 u 型 面 心 立 方 晶格 (AuCu 结 构)，a= 0．4103nm，AI Sc(MaCu：)是 C15型 体 心 立 方结 构．a= 0．7582nm _1 。 A1Sc为 B2 型 (CsC1)立 方 结 构 ．a= 0 3450nm_19_。AlSo2为B82(Ni{In)结构，a--0．4888nm[m。通 过共晶反应 L—A1sc+A1sc：形成的 A1Sc ，共晶温度是 1195 ℃ l【5_ *国家重点基础研究炭展 规划 污水管网监理规划下载职业规划大学生职业规划个人职业规划职业规划论文 项目(G1999O649O7—2) 夏长清：联系人，教授E—mail：xiali@mail csu．edu Cn Tel：0731—8830267 圈 1 Al—sc二元相圈 ． ．u 维普资讯 http://www.cqvip.com AI—Mg—Sc—Zr系富 Al角相图评估／首凡浩等 ·17· 1．2 Al—Mg二元相圈 图2给出了 Al—Mg二元相图 剐，相图的铝端有一共晶 反应：L—Al+Mg：AI ，共晶成分点为 37 5at Mg，共晶温度 为 450 CE]。Mg在 Al中的最大固溶度为 18 6at p相 (Mg~AI )为面心立方结构， 1 2419rim，密度为 2230}g／ m ，维氏硬度在 2000~3400MPa之间。在 6OOK阱下极脆 。 其余主要相为 相(Mg含量 42 5at )．E相(Mg含量为 43，5 ～ 4l，8at )和7相(Mg AI )。7相是AI2型结构，它的成分 随温度的变化而变化。 田 2 Al—Mg二元相田 1．5 Mg-Sc二元相图 图3是 Mg—Sc系二元相图 由图3可知，Mg—Sc在 706 ℃下产生转溶反应，生成镁基 “固溶体，反应式为 L+ c— aMg．参与转溶反应的液相含 8，67at Sc p相是 Mg在 p-Sc 中的固溶体．体心立方结构。 相是过渡相，具有CsCI型有序 晶体结构，a=0，3594nm。钪在镁中的溶解度随温度的升高而 增加，由 300 C的 12 8 增加到 700~C的 24 6 。在 520~C 下，镁在 n—sc中的最大溶解度超过 7at 田 5 Mg-Sc二元相田 1，4 AI-Mg·Se三元相图 图 4示出 了 AI—Mg Sc系 430*(2时靠 端 的等温截 面 ．Mg和 Sc在 Al中 的共 溶 度 分 别 为 10，5wtNN o．01wt 由图可知， Mg Sc合金不形成三元化台物-只形 成 AljSc，Mg AI。二元化合枷，出现了 口+MgzAI +AI~Sc三 相区和n+ Sc，口+Mg 两相区，n为铝基固溶体 平衡状 态下共格的 Al Sc相弥散度极高，能强烈抑制再结晶和提高 合金的热稳定性，起到固溶强化和析出强化的效果，这保证了 AI—Mg—Sc台金有高的屈服强度和再结晶温度 sc ) 田4 AI—Mg-Sc系430 C等沮截面田 2 Ai—Mg-Zr系统 2．1 AI—Zr二元相图 — zr二元相图(图 5)l2。】AI端的不变反应是包品反应：L +AI Zr~ A1，温度是 933．5K，Zr在 中的最大固溶值为 0，28wt Zr，700K时下降到 0，05～0，06wt Zr。A13Zr的熔 点为 1850K，属于 1)O2 四方结构 ，单位晶胞 中有 1 6个原子‘ 晶格常数 a一0 4013～0 4015nm，c—I．732～1．735nm，密度 为 4100kg／m ，线膨胀系数 a=12 1X10 K ，维氏硬度为 4270~7400MPa 它和铝基体的错配度小，基本成共格，因此 能起强化作用。相图中另一个化合物是AItZr(62，83NZr)，它 和 zr在 1760K形成共晶。 Zf t％) Zr(w ) 田 5 AI—Zr=元相田 2．2 AI—Mg—zr三元相图 图 6[zB3是 AI Mg—Zr系 4O0~C富铝端等温截面图。该截面 上主要有 n+Mg +T和口十T+Alszr两个三相区， +T， 维普资讯 http://www.cqvip.com · 1 8· 材料导报 2002年 6月第 l6卷第 6期 n+Mg AI，．a+AI Zr三个两相区，一个 n(AI)单相区。T相是 AI。Mg Zr 一 三元化合物 A1 0 25 O 50 0 75 l 0 zr[w1．％) 田 6 AI-Mg—Zr 400。C截面田 S AI—sc—zr系统 图 71293是 A1 Sc zr系统 600。C(实线)和 550。C(虚线)富 铝角等温截面图。存在有 a固溶体，a+Al，zr和 a+A1。Sc两 相区． +A13zr+AI3Sc三相区。600~C下Sc和 zr在铝中的溶 解 度分别 为 O．09 和 0．06 ，550。C下 分别 为 0．06 和 0．03 。随着温度的下降，三相区扩大，两相区缩小。但文献 [5～7．3O～3Z]指出在 AI—sc—zr系统中存在有 A1。(So⋯ Zr ) 相，它同AI Sc相一样是弥散的，可引起强烈的抗再结晶效应 和强化效应，它比 A1 Sc相更细小，而且在高温加热下聚集的 倾向小得多，它是 A1，Sc相基础上的置换固溶体 ，Sc被性质接 近的 zr置换，可置换到 5O Sc(原子百分率)。当舍金位于 a +A1 (Sc卜 Zr )+AI，Zr三相区边界处的口+AI (Sc卜 Zr )相 区内时，AI (Sc zrI)相内有 5O 的钪原子被锫原子置换。 Zr(at％、 圈 7 ．43·Sc-Zr系 600 c．550~C截面圈 4 AI—Mg—Sc—Zr四元系相图 俄罗斯相图工作者 POX．~HH．r1．JI．等研究了 AI ME—Sc—Zr 四元系 700，'／'50和 800。C下的相关系m]。指出该系在这三个 温度内属单一液相或液固两相共存，并且列出了温度与 Sc、 zr成分关系的方程式 ．借助于计算机画出了液相面三维图 像，给 出了该 四元系在 700．750，800。C的等 温液相 线图 (图 8)。 AI+6％M8 0．2 0 4 {at％ 田 8 AI—Mg—Sc-Zr等温液相线圈 Zr(at％ 田 9 AI-Mg—sc—zr■ A】角 500。C等沮截面田 1 992年，卸 HⅡ A．C．等发表的文章。 给出了 500~C 富 Al角等温截面(见图 9)，作者在 3 Sc，4 Zr，6 Mg(摩 尔百分数)成分范围内配制了一系列的舍金，利用金相法、电 子探针、x射线衍射法研究了该系的相关系，发现只有 a相． +AIszr相区， +AIszr+AI，Sc相区．在该成分范围内测得 AI，zr相 中sc的浓度达到 4 (原子百分数)，AI Sc中zr的 浓度达到 23at 资料表明 卅。“]，微量钪、锆在铝镁舍金中 除少量固溶在n铝中外，主要以A1 sc、A1s矗、AIs(So，Zr)金属 问化舍物粒子的形式存在。合金在凝固过程中析出的一次 A1 (Sc，Zr)粒子，呈方块或多边形，为面心立方结构．与基体 相同．点阵常数也极为相近，它在舍金凝固时优先析出，具有 熔点高，稳定性好，分布均匀的特点t是理想的非均质晶核，能 维普资讯 http://www.cqvip.com AI—Mg—Sc—Zr系富 A1角相图评估／首凡浩等 ·19· 大大细化铸态晶粒组织，提高合金强度 而合金均匀化处理后 大量析出的二次A1 (Sc，Zr)粒子则细小弥散，且与基体共格 这种粒子强烈钉轧位错和亚晶界，阻碍位错的运动和晶界迁 移，有析出强化和抑制再结晶的作用。 5 结束语 微 量 sc对发 展超高强度 A1合金 (db≥650MPa，8≥ 10 )、高强可焊 A1合 金 (db≥ 550MPa，焊 痕强度系数 ≥ 0．95)、新型高温 A1合金(T≥350。C， ≥100MPa)是极有希 望的微量(0．In0．4 )添加元索。 相 图是合金 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的基础，铝合金 中添加 Sc、Zr获得的 Al，zr，A1ssc，AI，(Set-lZr )等 强化相，能大幅度地提高 A1 Mg，A1 Zn Mg系合金的强度。目前 ，AI—Mg-Sc—Zr四元相图 报道根少，四元系中二元、三元化合物的成分范围不确切。在 AI Mg Sc Zr四元相图含 Sc小于 2at 、温度低于 500。C部 分的测定尤为重要，它对于确定 sc、zr添加后的相成分、相结 构和热处理制度具有很大的应用价值。 参考文献 1 易宪武 ．钪、稀土元索 ．北京 ：科学出版社，1992．16 2 Oeko M ，Babie E，et a1．J phys F：Metall phys，1976，6 (5)：703 3 Stepanov J，Butoha M ．Rare Metals，1986，23(9)：313 4 轻金属材料加工手册缩写组 ．轻金属材料加工手册(上 册)．北京 ：l979．106 5 Toropova L S，Kamardintin A N，et a1．Phys Met Metall， l990．70(6)：1O6 6 Yelagln V I，Zakharov V V．et al-Phys Met Metall，l985， 60(1)：88 7 EnavuH B H，3axapoB B B．MeTaanoBe~eHHe H他pM¨ qec}吼 o6pa6oTvat M~Ta21；lOB，1992，(1)：Z4 8 HayM蹦 H 0 兀，Tepexom B T．HaB Am H¨ HayK。c ： 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联系人：中国仪器仪表学会仪表材料学会秘书处 杨亲民、赵安中 电话／传真：023—68264719 地址：重庆市北碚区重庆仪表材料研究所学会秘书处 邮编：400700 维普资讯 http://www.cqvip.com