Yb部分置换Zr对Al-0.2Sc-0.04Zr合金高温蠕变行为的影响

发布时间：2017-11-12 03:14

  本文关键词：Yb部分置换Zr对Al-0.2Sc-0.04Zr合金高温蠕变行为的影响

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【摘要】：本论文以高纯Al(99.991wt.%,重量百分比,下同),Al-1.85Sc、Al-4.38Zr和Al-5.08Yb中间合金为原料,通过熔配法制备Al-0.2Sc-0.04Zr和Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb两种成分合金,640 oC条件均匀化退火24 h后水淬,进行时效制度优化,获得最佳时效温区。研究Yb部分置换Zr对Al-0.2Sc-0.04Zr合金高温蠕变性能和导电性的影响,结合金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)观察,深入分析蠕变机理。Al-0.2Sc-0.04(Zr,Yb)合金经不同温度时效189 min后的室温拉伸试验表明:两种合金均存在欠时效,峰时效和过时效阶段。Yb部分置换Zr能进一步提高合金强度,最佳时效温区为300 oC-350 oC。不同热处理态Al-0.2Sc-0.04(Zr,Yb)合金的导电性测试结果表明:时效能明显提高合金导电性,且随着时效温度的升高直至过时效温度400 oC,电阻率连续下降,这与Al3(Sc,Zr,Yb)次生沉淀的形成和长大有关。Yb部分置换Zr对电阻率有一定影响,且随时效状态而改变:在峰时效态(330 oC×189分钟),Yb部分置换Zr能适当提高合金导电性,而在其它热处理态,均导致导电性有所降低。这主要与Al3(Sc,Zr,Yb)的热稳定性,以及不同固溶元素在Al基体中引起的畸变不同有关。峰时效态,Al-0.2Sc-0.04Zr和Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb合金的相对电导率(%IACS,20 oC时材料导电性与国际退火纯Cu导电性之比)分别为59.8%IACS和60.8%IACS,而在过时效态,相对导电性更是分别高达63.6%IACS和63.3%IACS,均超过导线的国家标准(58%IACS)。峰时效Al-0.2Sc-0.04(Zr,Yb)合金150-300 oC高温单轴拉伸蠕变试验结果表明:在相同温度和相同应力水平下,Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb合金的最小蠕变速率明显低于Al-0.2Sc-0.04Zr合金,这表明0.02%Yb置换部分Zr能改善合金的高温抗蠕变能力。表面驻留滑移带观察发现,驻留滑移带集中在晶粒内部,极少能穿过晶界。随着温度的升高,合金驻留滑移带间距明显变宽,且出现不同取向的驻留移带相互交叉现象,这表明高温有助于多个滑移系统的开动。同一温度下Yb部分置换Zr使得合金驻留带间距变得较宽,且不再平直。采用恒定温度下应力递增方法,获得了Al-0.2Sc-0.04(Zr,Yb)合金在不同温度下的蠕变速率与外加应力关系。结果表明:两种合金应力指数均随着蠕变温度的升高而增加。Yb部分置换Zr,使得合金在相同蠕变温度下有更大的表观应力指数:Al-0.2Sc-0.04Zr合金(24-56),Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb合金(38-86),均大于纯Al(4.4)值。说明Al-0.2Sc-0.04(Zr,Yb)合金的蠕变应存在门槛应力。采用传统处理方法,假定应力指数与纯铝相同(n=4.4),利用t1/4.4t~σε关系作图,可获得合金的高温蠕变激活能,以及不同温度下的蠕变门槛应力。结果表明:150 oC蠕变时获得的数据与200 oC以上结果存在明显偏离,因此只对200 oC-300oC温区内σε~1/4.4关系进行分析,得到两种合金蠕变激活能:Al-0.2Sc-0.04Zr合金为134.82 k J/mol,Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb合金为139.64 k J/mol,略大于纯铝自扩散激活能124 k J/mol。对Al-0.2Sc-0.04Zr和Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb两种合金而言,门槛应力随温度升高近似线性减小,分别为T1314.01.100th-=σ,T1275.02.100th-=σ,说明Yb部分置换Zr能够提高合金的门槛应力。综合上述结果:Yb部分置换Zr虽然只能提高Al-0.2Sc-0.04(Zr,Yb)合金峰时效态的导电性,但能改善合金室温拉伸性能和高温蠕变性能,其蠕变机理为存在门槛应力的位错攀移控制的高温蠕变。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21

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本文编号：1174082