铝合金中热稳定L12结构析出相的形成控制机理及其对组织调控作用的研究

To obtain coherent L12 structure precipitates so as to control the deformation microstructure and improve the thermal resistance of aluminium alloy.In this project, we propose to improve the number density and thermal stability of the precipitates by co-addition of rare earth elements including Er and Yb and transition elements including Zr,Ti,Hf, V.The hardness and electrical conductivity measurements will be used to investigate the precipitation sequence and evolution rules of the precipitates.High resolution TEM and three dimension atom probe will be used to investigate the microstructure of the precipitates at atomic scale.The interaction mechanism between the microalloying elements will be investigated by the chemical composition evolution of the precipitates, thus clarifing the control mechanism of the precipitate formation. The influence of the precipitates on the stability of the microstructure will be investigated. The results will give a scientific foundation for improving the thermal stability of the corresponding aluminium alloys.

为了获得弥散分布的共格L12结构热稳定析出相以调控合金组织，提高合金的耐热性能,本项目拟通过复合微合金化方法，在铝合金中复合添加稀土（Er，Yb）和过渡族元素（Zr，Ti，V，Hf），提高沉淀析出相的析出密度和热稳定性。采用硬度、电导率等宏观手段结合透射电镜分析研究析出相的析出序列和演化规律；采用高分辨电镜和三维原子探针，从原子层次上研究析出相的微观结构，考察各微合金化元素在析出相中的分布，揭示微合金化元素之间相互作用的机理及析出相形成及演化的控制机理；阐明复合微合金化热稳定析出相的强韧化机理及其对合金组织稳定性的作用，为提高铝合金的耐热性能提供科学依据。

为了获得弥散分布的共格L12结构热稳定析出相以调控合金组织，提高合金的耐热性能,本项目通过复合微合金化方法，在铝合金中复合添加稀土（Er，Yb）和过渡族元素（Zr，Ti，V，Hf），提高沉淀析出相的析出密度和热稳定性。采用硬度、电导率等宏观手段结合透射电镜分析研究析出相的析出序列和演化规律；采用高分辨电镜和三维原子探针，从原子层次上研究析出相的微观结构，考察各微合金化元素在析出相中的分布，揭示微合金化元素之间相互作用的机理及析出相形成及演化的控制机理；阐明复合微合金化热稳定析出相的强韧化机理及其对合金组织稳定性的作用，以期为提高铝合金的耐热性能提供科学依据。.研究结果表明稀土元素和过渡族元素之间存在较强的相互作用，复合微合金化元素之间能够发挥协同复合的作用，因此在扩散形核过程中能够彼此俘获而形成团簇，从而提高形核率和析出密度，最终导致Al-Er-Zr、Al-Yb-Zr、Al-Er-Hf合金出现显著的时效强化。研究发现Al3(ErZr)复合相的核壳结构起到了很好的抗粗化作用，并阐明了复合微合金化提高析出相热稳定性的机理。析出相具有壳层富集Zr的核壳结构，因此析出相在高温下的粗化过程主要是由析出相壳层的Zr原子的扩散过程控制，析出相的粗化速率很低，热稳定性提高。.研究了析出相与变形组织演化之间的耦合作用，阐明了变形组织对析出相的形成和演变的影响规律，以及析出相对变形组织的稳定作用。发现热变形显著促Al3(Er,Zr)析出相的析出。高温低应变速率的热变形条件有利于动态析出。冷变形促进Al-0.04Er-0.08Zr、Al-0.04Er和Al-0.08Zr合金在250℃~400℃的析出，并产生应变诱导析出。其中Al-0.04Er合金由于Al3Er的析出驱动力大且Er的扩散速率高，所以变形对析出的促进作用较小，Al-0.08Zr合金由于Al3Zr的析出驱动力小且Zr的扩散速率低，所以其析出强烈依赖变形引入的大量位错等缺陷产生应变诱导析出。合金中的析出相Al3(Er,Zr)和 Al3(Er,Hf)等热稳定性析出相能够显著提高合金变形组织的热稳定性，提高合金的再结晶温度。