1、有色合金及微合金化根本理論1.概述 主合金元素 鋼：Fe，Ni，Cr，Mn，. 鋁合金：Al，Cu，Mg，Zn，. 銅合金：Cu，Zn，Al，Fe，Ni，. 微量元素 微量：加入量不大，卻能使合金組織和性能產生 重大變化，分微量添加元素和微量雜質元素 鋼：C，Ti；O，S，P，.（20CrMnTi） 鋁合金：Ti，B，Zr，Sc，Re；K，Na，Ca，Bi. 銅合金：Cr，Zr，Ag，Re，As，B；As，O，S， Bi，. 鈦鋁化合物：Cr，Mn，Sc，. 鎳鋁化合物：B，C，. 研究目的 弄清它們在合金中的存在形式和作用機制，有益者充分利用，有害的嚴格控制和清除它。同時介紹一下研究微成分和

2、微結構方法，下面以鋁合金為例重點分析討論 2.微量元素在鋁合金中的存在形式和作用機制 細化晶粒。在熔體凝固時就存在，起人工晶核作用 Ti：TiAl3 B：TiB2 Zr：Al3ZrI Sc：Al3ScI dy，強度增幅2030MPa 抑制加工過程中再結晶，半連鑄條件下過飽和 固溶于基體，鑄錠均勻化時從固溶體析出一些 化合物 Cr：Al7Cr Mn：Al6Mn Zr：Al3ZrII Sc：Al3ScII 加工組織保留部分亞結構組織 強度增幅3040MPa2.微量元素在鋁合金中的存在形式和作用機制 析出強化，鑄錠均勻化時析出 Zr：Al3ZrII Sc：Al3ScII 析出強化，強度增幅5060M

3、Pa 有害雜質元素 Fe，Si：q1(AlFeSi)，底心正交，球狀；q2(AlFeSiMn)， 底心正方，長棒狀；當合金中含Cu時，形 成Al7Cu2Fe，體心四方結構 消除辦法：加Re H：導致氫脆 消除辦法：熔體凈化處理時除氣 K，Na，Ca：偏聚于晶界，形成連續原子層的薄膜， 導致晶界脆性 消除辦法：Na+BiNaBi3.微合金化技術的工程應用實例分析： 純Al及6063鋁合金中的Ti和B Al-Mg-Li-Zr-Ag合金中的Ag Al-Li-Cu-Mg-Zr合金中的Zr Al-Mg-Sc-Zr合金中的Sc和Zr Al-Zn-Mg-Sc-Zr合金中的Sc和Zr Cu-Cr-Zr合金中的

4、Cr和Zr Cu-Ag-Zr合金中的Ag和ZrAl-Mg-Li-Zr-Ag合金中的AgAl-Mg-Li-Zr和Al-Mg-Li-Zr-Ag合金的化學成分合金 Mg Li Zr Ag Al 1 4.92 2.1 0.1 - 余量 2 5.14 1.94 0.11 0.46 余量圖1 合金在170時效，硬度和拉伸性能隨時間的變化 a) 硬度 b) 拉伸性能圖2 合金的晶粒組織a)合金1 b)合金2圖3 170/3h時效后的顯微組織結構ab)合金1 cd)合金2圖4 170/24h時效后的顯微組織a)合金1 bc)合金2圖5 230/3h時效的顯微組織a)合金1 b)合金2圖6 2號合金固溶態中Ag

5、的存在形式(Al)Mg3Ag?Al-Li-Cu-Mg-Zr合金Al-Mg-Sc-Zr合金中的Sc和Zr編 號MgMnScZrAl1#（Al-2Mg-0.4Mn）20.4余量2#（Al-2Mg-0.4Mn-0.4(Sc+Zr)）20.40.4余量3#（Al-4Mg-0.4Mn）40.4余量4#（Al-4Mg-0.4Mn-0.4(Sc+Zr)）40.40.4余量5#（Al-6Mg-0.4Mn）60.4余量6#（Al-6Mg-0.4Mn-0.4(Sc+Zr)）60.40.4余量Al-Mg-Mn-(Sc+Zr)合金的化學成分(wt-%) 圖1 不同處理態合金的拉伸力學性能a) 抗拉強度圖1 不同處理態

6、合金的拉伸力學性能b)屈服強度圖1 不同處理態合金的拉伸力學性能c)延伸率 100ma)100mb)100md)100mc)Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金的金相組織100mb)40ma)5mc)d)Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金晶粒細化機制acfeb100m100m100m100m100m100md圖5 340/1h穩定化退火后合金的顯微組織100Xa）1#合金 b) 2#合金 c) 3#合金 d) 4#合金 e) 5#合金 f) 6#合金 100ma)100mb)100mc)100me)100mf)100md)圖4 微量Sc和Zr對Al-Mg合金熱軋態組織的影響Al-5Mg；b-d) A

7、l-5Mg-0.4(Sc+Zr)；e) Al-6.2Zn-2Mg；f) Al-6.2Zn-2Mg-0.35(Sc+Zr) b)0.167ma)Al-5Mg-0.4(Sc+Zr)合金470/13h均勻化處理后的顯微組織a) Al3(Sc,Zr)II明場像；b) 電子衍射譜 Al-Zn-Mg-Sc-Zr合金中的Sc和Zr 不同處理態Al-6.2Zn-2Mg和Al-6.2Zn-2Mg-0.35(Sc+Zr)合金的室溫拉伸力學性能 合金狀態 Al-6.2Zn-2MgAl-6.2Zn-2Mg-0.35(Sc+Zr) bMPa 0.2MPa %bMPa 0.2MPa %熱軋態357 25415.23872

8、9412.9465/30min, 水淬 33217026.044529917.4465/30min+120/3h 41635715.049044713.0465/30min+120/12h 43937613.049445810.7465/30min+120/24h 45040510.054350910.6100ma)0.2mb)25mc)2md)Al-5Mg-0.4(Sc+Zr)和Al-6.2Zn-2Mg-0.35(Sc+Zr)合金冷軋板以不同溫度退火后的顯微組織a-b) Al-5Mg-0.4(Sc+Zr)，400/1h；c-d) Al-6.2Zn-2Mg-0.35(Sc+Zr)，535/1h

9、 200nma)100nmb)100nmc)50nmd)50nme)f)不同處理態Al-Zn-Mg合金和Al-Zn-Mg-Sc-Zr合金的透射電子顯微組織Al-6.2Zn-2Mg合金固溶態；b-c) Al-6.2Zn-2Mg-0.35(Sc+Zr)合金固溶態；c) Al3(Sc,Zr)II的(001)中心暗場像；d) Al-6.2Zn-2Mg合金120/12h時效態e) Al-6.2Zn-2Mg-0.35(Sc+Zr)合金120/12h時效態；f) 相應于圖g的001電子衍射譜； Al-Zn-Mg-Sc-Zr合金Cu-Cr-Zr合金中的Cr和Zr時效溫度對導條強度的影響 時效溫度對導條延伸率的

10、影響 冷拉后450/8h時效態 Cu-Ag-Zr合金中的Ag和Zr序 號工 藝 條 件合 金 性 能 HB b MPa0.2 MPa 5% rIACS 192040min4504h64.030611140.877.2292060min4758h98.330919133.386.43 92080min50010h86.230817933.786.84 94040min47510h86.530818433.486.9594060min5004h89.331018234.586.5694080min4508h89.032518434.778.8796040min5008h87.231518630.3

11、85.58 96060min45010h92.232518635.179.9996080min4754h82.731618624.283.5Cu-Ag-Zr合金的力學性能和電學性能 Cu-Ag-Zr合金的X射線衍射譜 已發表的論文1. Recrystallization of Al-Mg-Sc-Zr Alloys, Zhang Yonghong, Yin Zhimin, et al., 稀有金屬材料科學與工程，Vol.31, 3, 2003, P167-1702. 微量Sc、Zr對鋁鎂合金組織和力學性能的影響，張永紅，尹志民，稀土，Vol.23, 3, 2002, P29-323. Sc和Zr

12、復合微合金化在Al-Mg合金中的存在形式與作用，潘青林 尹志民等，航空材料學報.2002, 22(1), P6-104. 微量Sc在Al-Mg合金中的作用, 潘青林, 尹志民等, 金屬學報, 2001, 37(7), P749-7535. 微量Sc和Zr對Al-Zn-Mg合金組織與性能的影響, 楊磊, 潘青林, 尹志民等, 材料工程, 2001.76. 微量Zr、Cr對Cu13Zn合金力學性能的影響，羅豐華，張久興，尹志民等，稀有金屬材料與工程，Vol30, 2, 2001, P145-1487. Effect of minor Sc and Zr on microstructure and

13、mechanical properties of Al-Zn-Mg based alloys, Yin Zhimin, Yang Lei, Pan Qinglin, et.al., Trans. Nonferrous Met. Soc. China, Vol.11, No.6, 2001.8. Zhimin Yin, Qinglin Pan, Feng Jiang, Effect of minor Sc and Zr on the microstructure and mechanical properties of Al-Mg based alloys, Materials Science

14、and Engineering A280(2000)，151153.9. Effect of Minor Sc on High Temperature Mechanical Properties of TiAl Base Alloys, Yin Songbo, Huang Boyun, Yin Zhimin, Materials Science and Engineering A280(2000). 204-20710. 微量Sc和Zr對Al-Zn-Mg合金組織與性能的影響，尹志民，楊 磊，潘青林，姜 鋒，2000年材料科學與工程新進展，中國材料研究學會主編，冶金工業出版社，P1257-126

15、111. 微量Sc對TiAl基合金顯微組織和力學性能的影響，金頭男，尹志民，李斗星，航空材料學報，2000, No.412. 微量鈧對TiAl基合金高溫力學性能的影響，尹松波，黃伯云，賀躍輝，尹志民，中國有色金屬學報，Vol.9, 2, 199913. 尹志民，羅豐華，汪明樸等，微量Zr對Cu-13Zn合金組織和性能的影響，中國有色金屬學報，Vol.9.No.4, 1999. 14. 羅豐華（博士生），尹志民，汪明樸等，微量Zr對CuZn合金再結晶行為的影響，中國有色金屬學報，Vol.30.No.2，1999.15. 微量Zr對Cu-Zn合金再結晶的影響，羅豐華，尹志民，汪明樸，左鐵鏞，中南工業大學學報(自然科學版)，Vol.30,2,1999