Acta Materialia:铝合金中添加Cd增加弥散相并提高弥散强化效果


【引言】

时效硬化铝合金通过人工时效能够显著提高铝合金的性能,但当温度升高时,晶粒粗化、相转变、溶解等,时效效果变差,所以很难满足工业应用。在铝合金中添加Sc能够显著提高铝合金的高温性能,但由于Sc价格昂贵,成本高,所以难以广泛应用。在铝合金中添加少量Mn和Fe虽然能够显著提高铝合金性能,并降低成本,但难以达到添加Sc时的性能。因此,通过微合金化,提高铝合金高温性能成为铝合金应用的关键。

【成果简介】

近日,挪威科技大学李彦军教授Acta Materialia发表最新研究成果“Enhanced dispersoid precipitation and dispersion strengthening in an Al alloy by microalloying with Cd”。在该文中,研究人员对铝合金添加少量Cd的弥散强化效果进行了分析,并利用硬度、拉伸、SEM等对性能进行了分析。

【图文导读】

图1 从室温以50°C/h的速度增加到600°C时显微硬度和电导率的变化

(a)显微硬度随温度的变化

(b)电导率随温度的变化

图2 加热到450°C时的显微组织

(a)3003合金

(b)3003_0.2Cd合金

图3 不同温度下3003_0.2Cd合金中弥散相的TEM图

(a)350°C

(b)400°C

(c)450°C

(d)500°C

(e)550°C

(f)600°C

图4 3003_0.2Cd合金中弥散相的HAADF-STEM和EDS分析

(a)加热到450°C时3003_0.2Cd合金中弥散相的HAADF-STEM图

(b)图(a)中指定线的EDS分析

图5 加热时等效直径、弥散相密度和弥散相尺寸分布的变化情况

(a)从350°C加热到600°C时等效直径的变化情况

(b)从350°C加热到600°C时弥散相密度的变化情况

(c)加热过程中3003合金中弥散相尺寸分布

(d)加热过程中3003_0.2Cd合金中弥散相尺寸分布

图6 加热到不同温度时3003_0.2Cd合金的TEM图

(a)200°C

(b)250°C

(c)300°C

(d)350°C

图7 300°C时3003_0.2Cd合金中的纳米粒的HAADF-STEM及对应的EDS分析

(a)加热到300°C时3003_0.2Cd合金中的纳米粒的HAADF-STEM图

(b)线1处的EDS线谱

(c)线2处的EDS线谱

图8 200-350°C的3003_0.2Cd合金中富Cd纳米粒的平均直径和数密度

图9 250和300°C 时的3003_0.2Cd合金中富Cd粗糙纳米粒的明场TEM图及SEAD图

(a)[-1-10]m方向的明场TEM图

(b)图(a)对应的SAED图

(c)模拟得到的弥散相和铝基体沿[-1-10]方向的衍射图

(d)[-111]m方向的明场TEM图

(e)图(e)对应的SAED图

(f)模拟得到的弥散相和铝基体沿[-111]方向的衍射图

图10 200°C时3003_0.2Cd合金中富Cd粗糙纳米粒的明场TEM图及SEAD图

(a)富Cd纳米粒的明场TEM图

(b)[001]方向的SAED图

(c)[110]方向的SAED图

图11 加热到250°C时3003_0.2Cd合金的APT分析

(a)Cd,Mn和Si原子的三维重构

(b)Cd含量大于4.6%的区域的等势面

(c)图(b)中富Cd粒子及其周围的原子分布及proxigram分析

(d)图(b)中橘黄色线处的富Cd纳米粒的proxigram分析

图12 3003合金和3003_0.2Cd合金的工程应力-应变曲线


图13 计算得到的Al-1.1Mn-0.5Fe-0.18Si-Cd相图


【小结】

本文的主要研究结论如下:在连续加热时,添加0.05 at%的Cd能够显著提高形核能力,进而形成大量纳米尺寸的α-Al(Mn,Fe)Si弥散相。温度为450°C时显微硬度达到峰值,此时加Cd合金中的α弥散相的数量是未加Cd的合金中的2倍。因此,添加Cd能够使屈服强度提高25%。添加Cd以后使得α-Al(Mn,Fe)Si弥散相的形核方式从非均匀形核转变为均匀形核。加热过程中富Cd纳米粒发生了相变,150-250 °C形成的超细富Cd纳米粒以Al3Cd 或Al4Cd等金属相存在。加热过程中Al-Cd析出相的弥散强化非常显著。

文献链接Enhanced dispersoid precipitation and dispersion strengthening in an Al alloy by microalloying with Cd(Acta Materialia, 2018, doi.org/10.1016/j.actamat.2018.07.001)

本文由材料人编辑部金属组 杨树 供稿,材料牛编辑整理。

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