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复合材料学报 2024年

作者：千佳祥郝刚领杨院霞许巧平王幸福王伟国延安大学物理与电子信息学院中国科学院固体物理研究所材料物理重点实验室

Cu基形状记忆合金由于晶粒粗大和弹性各向异性，呈现出较低的力学断裂强度和塑性形变能力。本文通过添加微量稀土Y元素制备了系列Cu-11.36Al-5Mn合金，并经热轧和双步轧制（热轧+冷轧）实现了对合金微观结构的调控。实验发现，CuAlMn合... 详细信息

Cu基形状记忆合金由于晶粒粗大和弹性各向异性，呈现出较低的力学断裂强度和塑性形变能力。本文通过添加微量稀土Y元素制备了系列Cu-11.36Al-5Mn合金，并经热轧和双步轧制（热轧+冷轧）实现了对合金微观结构的调控。实验发现，CuAlMn合金由奥氏体和少量的18R马氏体组成。Y元素添加后，晶粒得到显著细化，基体中可见沿晶分布的含Y沉淀析出相以及伴生的富Al相，热轧形变后晶粒进一步细化，高密度位错和位错胞元结构出现。双步轧制退火后，位错密度持续增大并出现了高密度位错缠结，沿晶析出大量富铜?沉淀相，孪晶和马氏体条交替排列。拉伸力学性能测试表明，稀土Y元素可显著提升合金的力学性能，热轧和双步轧制后进一步提高，拉伸断裂强度从366.67 MPa (原始态)→546.99 MPa (0.4%Y )→879.25 MPa (80%热轧)→1025.25 MPa (60%热轧-60%冷轧)。断后伸长率与拉伸断裂强度具有相同的变化趋势，从原始态的3.05%提升至双步轧制形变后的8.38%。最大超弹性应变随Y元素的添加而增大，但相同应变下原始态CuAlMn具有更高的超弹性，且经历轧制形变后超弹性应变迅速下降。最后，通过微观结构的演变系统讨论了合金力学性能提升机制。

关键词： CuAlMn合金双步轧制微观结构力学特性稀土Y添加

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预热处理及双步轧制对Al-Mg-Sc合金再结晶行为和力学性能的影响

预热处理及双步轧制对Al-Mg-Sc合金再结晶行为和力学性能的影响

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作者：王冲重庆大学

学位级别：硕士

Sc作为在铝合金中广泛使用的稀土元素,其能够提升Al-Mg合金的力学性能、耐蚀性能和热稳定性。预热处理是铝合金应用前的重要处理工艺,其不仅能够消除合金中的缺陷达到均匀化组织的目的,还能够调控析出相的尺寸以及分布,改善合金的性能... 详细信息

Sc作为在铝合金中广泛使用的稀土元素,其能够提升Al-Mg合金的力学性能、耐蚀性能和热稳定性。预热处理是铝合金应用前的重要处理工艺,其不仅能够消除合金中的缺陷达到均匀化组织的目的,还能够调控析出相的尺寸以及分布,改善合金的性能。关于低温预热处理对Al-Mg-Sc合金显微组织和力学性能的影响已有诸多报道,但将高温预热处理(>550℃)和双步轧制(热轧+冷轧)相结合来探索合金的再结晶行为以及提升合金的综合力学性能方面的研究鲜有报道。本论文以低Sc含量Al-2.7Mg-0.24Sc合金为研究对象,设计三种不同高温预热处理工艺,详细讨论了预热处理温度和时间对合金退火过程中显微组织、力学性能、热稳定性以及再结晶行为的影响,并获得最佳的预热处理工艺。此外,为进一步提升合金的强塑性,结合双步轧制工艺来优化合金的力学性能。主要研究内容和结论如下:1研究了高温预热处理温度和时间对Al-2.7Mg-0.24Sc合金再结晶行为的影响。对比550℃-6 h和550℃-12 h两种不同时间的预热处理工艺可以发现:随着预热处理时间延长,合金内部AlSc粒子尺寸显著增大,使其具备尺寸优势通过粒子激发形核机制促进再结晶异质形核,导致合金能够在较低的温度就产生再结晶的形核。经550℃-6 h和550℃-12 h预热处理的合金室温轧制后的完全再结晶温度分别为500℃和400℃。对比550℃-6 h和610℃-6 h两种不同温度的预热处理工艺可知:温度升高导致AlSc粒子几乎完全固溶于基体并在随后退火过程中先于再结晶产生细小弥散的共格析出,这种先析出效应对晶界和位错移动具有强烈的钉扎作用,阻碍再结晶的形成,使完全再结晶温度提升至了550℃,大大提升了该合金的服役温度范围,扩展了其使用性能。2优化热轧+冷轧双步轧制工艺提高了Al-2.7Mg-0.24Sc合金的力学性能。在610℃-6 h最佳预热处理的基础上,系统研究了不同热轧温度550℃、560℃、570℃、580℃对合金显微组织和力学性能的影响。在560℃热轧时,通过动态再结晶产生了细晶强化使合金的抗拉强度达到了336.2 MPa,延伸率约为20%,具备较好的综合力学性能。在此工艺下,对合金进行双步轧制(75%的热轧+80%的冷轧),将合金的抗拉强度显著提升至421.4 MPa;之后再通过200℃-15 min的低温去应力退火处理来改善合金的塑性,使其能够获得强度为410.2 MPa、延伸率约为9.3%的优异综合力学性能。与原始材料和同等变形量单步室温轧制合金相比,通过适宜高温预热处理和双步轧制工艺,使合金的抗拉强度分别提升了188 MPa和57.6 MPa。

关键词： Al-Mg-Sc合金高温预热处理双步轧制再结晶力学性能

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