Sc和Zr复合微合金化在Al-Mg合金中的存在形式与作用

Sc元素对新型高合金化Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织和焊接性能的影响Sc元素对新型高合金化Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织和焊接性能的影响摘要：以Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金为基础，添加不同浓度的Sc元素，通过金相组织分析、扫描电镜观察、力学性能测试等方法，研究Sc元素对合金组织和焊接性能的影响。

结果发现，添加适量的Sc元素可显著细化合金晶粒和强化固溶体，同时促进析出相的形成和分布，提高合金的耐蚀性和疲劳性能。

在焊接方面，添加Sc元素可有效改善焊接接头的强度和塑性，减少焊缝裂纹的出现，并提高热影响区的组织稳定性和耐蚀性。

本研究为挖掘Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc高性能合金的应用潜力提供了理论和实验基础。

关键词：Sc元素；Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金；金相组织；焊接性能；耐蚀性能；疲劳性Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金是一种新型高强度、耐腐蚀性能优异的铝合金材料，在航空、汽车、高速列车等领域有着广泛的应用。

然而，随着应用需求的增加，合金的性能和加工性能的要求也越来越高。

为了进一步提高合金的性能和加工性能，研究人员引入Sc元素进行合金化改性。

本研究以Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金为基础材料，分别添加0.1wt%、0.5wt%、1wt%、2wt%的Sc元素，制备不同浓度的Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金材料。

通过金相组织分析发现，添加Sc元素后，合金晶粒显著细化，且呈现出更均匀的分布；同时，固溶体显著强化，析出相也得到了增强和晶界相互作用，这有利于提高合金的机械性能以及疲劳性能。

进一步的扫描电镜观察表明，在添加适宜量的Sc元素后，合金中析出相的尺寸和形状得到了更好的掌控，有利于合金的强化作用。

疲劳寿命测试结果表明，添加Sc元素后，合金的疲劳极限得到了提高，具有更好的耐久性能。

此外，涂覆保护膜后的合金在腐蚀介质中表现出优异的耐蚀性。

在焊接性能方面，添加Sc元素能有效降低焊接接头的延展性，从而减少焊缝裂纹的出现。

al-mg-sc合金中组元活度及活度相互作用
系数
镁铝合金中组元活度及活度相互作用系数被广泛用于地质工程物理、物理化学及其他研究领域。

本文旨在梳理Mg-Al合金中组元活度及其相互作用系数的有关结论。

首先总结Mg-Al合金中组元活度的结论。

据研究，Mg-Al合金的活度随合金镁含量的升高而升高，当合金中镁含量超过20%时，活度就会达到最大。

而活度随合金铝含量的升高而减少，当合金中铝含量超过25%时，活度会降低到最小值。

这表明镁铝合金中组元活度随合金中镁及铝的含量变化而变化。

其次要总结Mg-Al合金的活度相互作用系数的结论。

活度相互作用系数反映了不同组元之间的相互作用强度。

根据研究，Mg-Al合金组元之间的活度相互作用系数约在0.1~0.18之间，且受合金中组元含量的影响，随合金中镁及铝含量的逐渐增加而变日。

这表明组元之间的相互作用越强，组元之间的活性相互作用系数就越高。

最后，Mg-Al合金的组元活度以及组元之间的活度相互作用系数受合金中镁及铝的含量影响，因此在继续研究Mg-Al合金的特性时，需要准确控制及检测合金中各组元的含量，以保证研究能够获得准确的成果。

总之，Mg-Al合金中组元活度和组元之间的活度相互作用系数受合金中组元含量的影响，因此继续研究Mg-Al合金应注重控制合金中组元的含量，以保证获得准确结论。

激光选区熔化成形Al-Mg-Sc-Zr高强铝合金研究进展
关杰仁;陈超;丁红瑜;尹衍军;束超平;袁康;陈贺贺;王凡;王秋平
【期刊名称】《中国有色金属学报》
【年(卷),期】2022(32)5
【摘要】铝合金具备质轻、比强度高、抗蚀性优良等特性,已广泛应用于航空航天、船舶海工、汽车工业等高端精密制造领域。

基于激光选区熔化技术成形的铝合金零件满足复杂定制结构件轻量化和功能一体化的制造需求,在船舶海工领域具有潜在
的发展空间和优势。

本文概述了激光选区熔化技术成形铝合金的关键技术难点,包
括快速凝固过程中缺陷的形成机理及工艺控制途径,重点介绍了国内外采用激光选
区熔化技术成形Al-Mg-Sc-Zr高强铝合金的研究现状及重要进展,讨论了未来研究中的难点问题和发展趋势,为其在船舶海工领域的工程应用和机理探索提供思路。

【总页数】13页(P1224-1236)
【作者】关杰仁;陈超;丁红瑜;尹衍军;束超平;袁康;陈贺贺;王凡;王秋平
【作者单位】江苏科技大学海洋装备研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TG1
【相关文献】
1.激光选区熔化成形铝合金的组织、性能与倾斜面成形质量
2.掺杂铝合金激光选区熔化成形研究进展
3.激光选区熔化成形制备高强Al-Mg-Sc合金的组织与性能
4.
激光选区熔化成形YSZ/7075铝合金的显微组织与力学性能5.选区激光熔化增材制造高强度Al-Mg-Sc-Zr合金的微观组织与力学性能
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Al-Mg-Sc-Zr合金冷轧板材的超塑性变形行为孙雪;潘清林;李梦佳;史运嘉;严杰【摘要】在温度450～520℃和1.67×10-3～1.00×10-1s-1初始应变速率条件下对Al-Mg-Sc-Zr合金冷轧板材进行拉伸实验,研究该合金的超塑性流变行为,探讨其超塑性变形机理.结果表明:随着变形温度的升高,伸长率先增加后减小,在500℃和初始应变速率6.67×10-3S-1条件下获得的最大伸长率为740％.合金的应变速率敏感因子为0.40,激活能为101 kJ/mol;在超塑性变形过程中,合金组织发生明显的动态再结晶,使原始纤维状晶粒等轴化;A13(Sc,Zr)粒子可有效钉扎晶界,抑制晶粒长大;超塑性变形过程的主要变形机制为晶界滑移,协调机制为晶界扩散控制的位错蠕变.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2016(026)002【总页数】8页(P280-287)【关键词】Al-Mg-Sc-Zr合金;冷轧;超塑性;变形【作者】孙雪;潘清林;李梦佳;史运嘉;严杰【作者单位】中南大学轻合金研究院,长沙410083;中南大学轻合金研究院,长沙410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TG146.2向Al-Mg-Mn合金中添加微量元素Sc，可在基体中形成与基体共格的L12型Al3Sc粒子，大量弥散分布的Al3Sc粒子不仅可细化晶粒，提高合金的强度，使合金具有良好的成形性、耐热性、耐蚀性，还可使合金具有良好的超塑性[1−4]。

近年来，国内外科研人员对含钪合金的超塑性开展了大量研究工作，多数学者利用等径角挤压[5−7]、搅拌摩擦焊[8−9]等加工技术，细化材料晶粒，从而满足超塑性的等轴、细晶条件。

0前言Al-Mg系合金因具有中等强度、良好的耐蚀性和可焊性，在航空、航天、舰船、电子等行业中得到广泛应用[1]。

近年来的研究表明，Sc是目前为止所发现的对铝合金最为有效的合金化元素，微量Sc 加入到铝合金中，可显著提高合金的强度、塑性、焊接性能及耐蚀性能等，而复合添加Sc、Zr两种微量元素是一条既节约成本又大幅提高强塑性的有效途径[2-3]。

Al-Mg-Sc合金是一种具备优异综合性能的新型结构材料，属于热处理不可强化合金，其薄板一般在冷轧后退火状态下使用。

退火处理的目的，一是消除冷加工过程中形成的内应力，二是调整合金的强度和塑性，稳定合金组织使之保持较好的耐蚀性能[4]。

本文主要研究不同退火温度对铝镁钪合金板材力学性能、腐蚀性能的影响规律，为铝镁钪合金板材的工业化应用提供理论和实验依据。

1样品来源和实验方法以Al99.95、Al-Sc、Al-Zr、Al-4Ti块、Al-Cr、Zn锭、铝基Mn剂、Mg锭为原材料，铸造成规格为400mm×1320mm的方铸锭，表1为所制备的铝镁钪合金的化学成分。

铸锭经350℃/20h均匀化退火处理后铣面至380mm，然后在450℃下保温3h后热轧至8.0mm，最后冷轧至规格为2.0mm厚的薄板。

冷轧板分别在100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、500℃下进行退火试验，保温时间2h。

退火完成后，通过常温拉伸力学性能、腐蚀性能测试及显微组织分析来综合评价不同退火温度对合金显微组织及性能的影响。

同时取板材的纵向和横向样品进行拉伸试验。

所用设备为AG-IS10KN电子拉力试验机。

剥落腐蚀试验依据ASTMG66进行；晶间腐蚀试验依据ASTMG67进行。

金相试样受检面为板材的纵向截面，经机械抛光、凯勒试剂浸蚀后观察显微组织，经阳极覆膜后在偏振光下观察显微晶粒组织。

金相组织观察在LEICA DM4M金相显微镜上进行。

表1铝镁钪合金化学成分（质量分数/%）Si0.03Fe0.06Cu0.03Mn0.66Mg4.68Cr0.10Zn0.10Ti0.08Zr0.10Sc0.21Al余量2实验结果2.1不同退火温度对冷轧板力学性能的影响图1为Al-Mg-Sc合金2.0mm厚冷轧板经不同退火温度处理后纵向、横向力学性能变化曲线。

Al-Zn-Mg-Sc-Zr合金的热变形行为及加工图何振波;李慧中;梁霄鹏;尹志民【摘要】在Gleeble-1500热模拟试验机上对Al-5.5Zn-1.5Mg-0.2Sc-0.1Zr铝合金进行高温等温压缩实验,研究该合金在变形温度为300～500℃、应变速率为0.01～10s-1条件下的流变行为,建立合金高温变形的本构方程和加工图,采用电子背散射衍射(EBSD)分析变形过程中合金的组织特征.结果表明流变应力随变形温度的升高而降低；当应变速率ε=10s-1,变形温度为300～500℃时,合金发生了动态再结晶.Al-5.5Zn-1.5Mg-0.2Sc-0.1Zr合金的高温流变行为可用Zener-Hollomon 参数描述.在热变形过程中,随着真应变增加,合金的变形失稳区域增大.该合金适宜的变形条件如下变形温度300～360℃、应变速率0.01～0.32s-1,或变形温度380～500℃、应变速率0.56～10s-1.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2011(021)006【总页数】9页(P1220-1228)【关键词】Al-Zn-Mg-Sc-Zr合金;热变形;加工图【作者】何振波;李慧中;梁霄鹏;尹志民【作者单位】中南大学材料科学与工程学院,长沙410083;东北轻合金有限责任公司,哈尔滨150060;中南大学材料科学与工程学院,长沙410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙410083;中南大学材料科学与工程学院,长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TG113.26含Sc和Zr的7×××系合金是一种强度高、塑性好、可焊性好、耐腐蚀性能优良的中高强铝合金，被广泛应用于航天航空、核能和舰船等领域[1−2]。

目前，对含Sc铝合金的研究主要集中在添加Sc对合金组织，再结晶行为及力学性能的影响方面[3−6]。

而合金热变形过程中的流变应力是表征材料塑性变形性能的一个最基本量，在实际塑性变形过程中，合金的流变应力值决定了变形时所需施加的载荷大小和所需消耗能量的多少[7]。

Al-Mg-Sc-Zr系富Al角相图评估
曾凡浩;夏长清;古一
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2002(016)006
【摘要】总结了近年来Al-Mg-Sc-Zr四元系相图的发展情况,分析了Al-Mg-Sc-Zr四元系中富铝角存在的中间相Al3Sc,Al3Zr,Al3(Sc1-xZx),AlMgZr及它们的相结构,概述了添加Sc,Zr对Al-Mg合金的有益作用,指出了Al-Mg-Sc-Zr四元相图的价值和研究方向.
【总页数】4页(P16-19)
【作者】曾凡浩;夏长清;古一
【作者单位】中南大学材料科学与工程系,长沙,410083;中南大学材料科学与工程系,长沙,410083;中南大学材料科学与工程系,长沙,410083
【正文语种】中文
【中图分类】TG14
【相关文献】
1.基于Pandat的Ti-Al系相图计算及热力学评估 [J], 史忠兵;马凤仓;张全成;王飞;刘平;李伟;刘新宽
2.Al-Zn-Mg-Cu-Sc-Zr系富Al角相图评估 [J], 戴晓元;夏长清;古一
3.Nb-Mo-W-Zr-C系富Nb角相图评估 [J], 高小威;夏长清
4.Nb-Mo-W-Zr-C系富Nb角相图评估 [J], 高小威;夏长清
5.Al-Fe-V-Si系富Al角亚稳相图研究 [J], 夏长清;金展鹏
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Al-Mg-Mn和Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金板材应用性能及其相关基础研究的开题报告题目：Al-Mg-Mn和Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金板材应用性能及其相关基础研究背景：铝合金是一种具有良好物理和化学性质的材料，具有良好的可加工性、耐腐蚀性和强度等特点。

随着航空航天、造船、汽车制造等行业的发展，铝合金的应用越来越广泛。

目前，Al-Mg-Mn合金已经成为航空航天行业中常见的材料，而Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金则是新型铝合金中发展较快的一种，其具有优异的综合性能，如高强度、高塑性、优异的耐腐蚀性和良好的低温韧性等。

研究意义：Al-Mg-Mn和Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金板材作为重要的航空材料和汽车材料，其性能和质量对于产品的使用寿命和稳定性具有重要的影响。

通过对该铝合金板材材料的相关性能和基础研究，可以更好地了解其材料特性，为材料使用提供理论依据，同时也能够为其后续的改进或应用提供基础。

研究内容：本次研究主要针对Al-Mg-Mn和Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金板材的应用性能和相关基础研究进行研究，具体研究内容包括：1. 对Al-Mg-Mn和Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金板材的组织和成分分析，探究其材料特性。

2. 对铝合金板材的力学性能进行测量和分析，包括强度、延展性、硬度等指标。

3. 对铝合金板材的耐腐蚀性能进行测试和分析，研究其在不同环境下的腐蚀特性。

4. 探究Al-Mg-Mn和Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金板材的制备工艺和参数对其材料特性的影响。

5. 进一步优化铝合金板材制备工艺和参数，提高其综合性能。

研究方法：本研究主要采用材料学和力学实验相结合的方法，通过对合金板材的组织分析、力学性能测试、耐腐蚀性能测试等手段来分析其材料特性和应用性能，同时也采用相关的制备工艺和参数优化方法来提高其综合性能。

预期成果：通过本次研究，可以更深入了解Al-Mg-Mn和Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金板材的特性和应用性能，为航空航天和汽车制造等行业的材料应用提供参考和依据，同时也为铝合金板材的制备和应用打下基础。

Sc,Zr复合微合金化对6082铝合金组织和力学性能的影响李灿;雷远【摘要】采用铸锭冶金法制备了6082铝合金,并且研究了复合加入0.1％的Sc和0.1％的Zr元素对6082合金组织及性能的影响.结果表明:添加微量的Sc和Zr元素可显著细化铸态6082合金的组织,使粗大的枝晶网胞的尺寸减小,且晶粒细小、均匀;合金力学性能有很大程度的提高,铸态抗拉强度可达到213.14 MPa,与未添加Sc和Zr元素合金的强度相比提高了17％;合金的拉伸断口形貌也得到有效改善,韧窝数量增多,合金塑性明显提高.【期刊名称】《材料研究与应用》【年(卷),期】2017(011)003【总页数】4页(P153-156)【关键词】6082铝合金;晶粒细化;力学性能;断口形貌【作者】李灿;雷远【作者单位】合肥工业大学材料科学与工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学材料科学与工程学院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】TG146.2Al-Mg-Si系铝合金作为挤压、轧制和锻造用变形铝合金具有中等强度、优异的成型性能、耐腐蚀等特点，与其它系铝合金相比(如Al-Cu-Mg系和Al-Zn-Mg系铝合金)，强度虽然略低，但它是可热处理强化型铝合金中唯一没有发现应力腐蚀现象的合金，在建筑、结构工程、运输领域中得到广泛应用，其性能的改进和提高一直是冶金界、材料界关注的问题之一[1]．6082铝合金作为Al-Mg-Si系的中强铝合金，具有良好的耐蚀性能和加工性能，广泛应用于大型焊接结构件、航海用零件及模具加工用坯料等方面，可以用来生产形状较为复杂的挤压型材[2-3]．在实际生产中，在非平衡凝固过程中6082 铝合金内部会产生各种缺陷，例如偏析、粗晶等，这些缺陷对材料的性能有显著的影响．微合金化是改善铝合金性能及开发新型铝合金最为重要的手段之一．文献[4]的研究表明，通过向Al-Mg-Si合金中加入质量分数为0.15%的Zr，就能使得该合金的时效硬度值及力学性能有一定程度的提高．文献[5]在6082 铝合金中添加Er和Y元素，并对合金微观组织及力学性能的影响进行了研究，得出在6082 铝合金中复合添加Er和Y 元素，可以明显细化晶粒、提高合金力学性能．到目前为止，Sc元素是人们所发现的对铝合金最为有效的合金化元素，它既是一种过渡元素也是一种稀土元素，能使合金的结构和性能发生明显的变化，与Al反应形成的A13Sc相有很强的热稳定性，在高温下仍能与基体保持共格关系．但是单一元素微合金化存在一定的局限性，只有当元素含量大于共晶浓度时才能发挥其有益作用．研究发现，复合添加两种或两种以上的微合金化元素可更好地发挥微合金化元素的作用，同时可减少贵重金属元素的使用量，从而降低成本，更具有商业开发价值[6]．因此，研究工作者在合金中添加微量Sc元素的同时还添加一些其它的过渡族元素，如Zr，Ti，V和Mn等，结果发现强化效果更加显著，尤其是Zr元素的加入，可以置换A13Sc中近50%的Sc元素[7]．本研究通过在6082合金中添加微量Sc和Zr元素，研究Sc和Zr复合微合金化对合金组织及性能的影响，为Al-Mg-Si系铝合金通过复合微合金化手段提高性能的研究提供参考．1.1 材料合金的冶炼原料为高纯铝和高纯镁(纯度均为99.99%)，以及中间合金Al-20%Si，Al-20%Mn，Al-50%Cu，Al-10%Sc和Al-10%Zr．表1为实验用合金的主要化学成分．1.2 方法首先将石墨坩埚预热至400 ℃，然后将纯铝放在坩埚中，升温至800 ℃，待熔化后加入中间合金Al-Si和Al-Mn，待全部熔化后加精炼剂进行扒渣，之后再迅速加入纯镁及精炼剂进行扒渣，最后加入中间合金Al-10%Sc和Al-10%Zr，待熔化后静置保温一段时间，再在水冷铜模中浇铸成100 mm×50 mm×20 mm的铸锭．将铸态试样用金相砂纸预磨后进行机械抛光，再用0.5%的HF酸进行腐蚀，然后在MR5000型金相显微镜下对其进行显微组织观察和分析.拉伸实验在SANS-100KN微型控制电子万能试验机上完成，拉伸速度为1 mm/min，每个状态测定3个试样并取平均值.利用SU8020场发射扫描电镜，观察分析合金的显微组织及断口形貌．2.1 合金的显微组织图1为两种合金的显微组织形貌．从图1可以看出：6082 铝合金的枝晶网胞尺寸粗大(图1(a))，呈现为枝晶和少量等轴晶的混合形态，晶粒大小不均；加入Sc和Zr元素后(图1(b))，枝晶间距显著减小，晶粒相对细小、均匀，形态多为等轴晶．这是因稀土元素能够细化晶粒，在铝及铝合金中的固溶度极小，能与杂质生成金属间化合物或非金属化合物，且偏聚在晶界上，加大了过冷度，起到细化晶粒的作用；同时还改变了铝合金组元Si，Fe和Mg的形态，减少了针状晶，使球状晶增加．2.2 合金的力学性能6082和6082-0.1Sc-0.1Zr合金具体的力学性能列于表2．由表2可知，6082-0.1Sc-0.1Zr合金的平均抗拉强度、屈服强度和延伸率分别比6082合金提高了31MPa，17 MPa 和3.2%．由此可见，在6082铝合金中分别加入0.1%的Sc和0.1%的Zr可以明显提高合金的综合性能．Al-Mg-Sc-Zr系相图研究指出[8-9]，当铝合金中Sc和Zr含量分别大于0.05%时，合金成分位于α(Al)+Al3(Sc，Zr)+Al3(Zr，Sc)三相区．根据非均匀形核理论，铸态晶粒的细化程度取决于添加剂的两种作用，即单位熔体中形核粒子数和粒子的有效形核作用．而粒子的有效形核作用依赖于形核粒子与α(Al)基体的晶格常数和晶格类型，晶体结构相似是引起晶粒细化的主要原因．Sc和Zr同时添加则可在Sc含量较低的情况下析出三元共格的Al3(Sc，Zr)粒子，其晶格点阵和晶体结构与α(Al)相近，晶格常数差异为1.5%，成为α(Al)凝固结晶的晶核．同时含Sc的铝合金熔体单位体积内形成大量Al3(Sc，Zr)粒子，这些粒子具有高效形核作用，使合金晶粒细化，晶粒细化不但可提高材料的强度还可改善材料的塑性和韧性．Al3(Sc，Zr)粒子利用晶界对位错的阻碍作用，通过细化晶粒来增加晶界或改善晶界性质，阻碍位错运动，从而提高合金的强度和塑性．细晶强化对不能进行热处理强化或强化效果不大的铸造铝合金和变形铝合金具有特别重要的意义．因此，在工业生产中通常总是设法获得细小而均匀的晶粒组织，使材料具有较好的综合力学性能．2.3 合金的断口形貌合金的断口形貌能很好的表征合金的塑性，一般合金断口呈现的韧窝越多，代表该合金的塑性越好；韧窝分布越均匀，代表合金塑性变形越协调，侧面反映了该合金塑性越好[10]．图2为铸态合金的断口形貌．从图2可见：6082铝合金的拉伸断口的韧窝数量较少，且大小分布不均，存在一些撕裂棱，由此可知其塑性不好；加入Sc和Zr元素后，合金拉伸断口的韧窝数量增加且变深，表明6082-0.1Sc-0.1Zr合金的塑性得到改善，这与表2中数据所表达的结论是一致的．在6082铝合金中复合添加Sc和Zr元素，使合金的微观组织得到改善，能有效地细化铸态合金的晶粒，改善合金的力学性能．相较于未添加Sc和Zr元素的6082铝合金，6082-0.1Sc-0.1Zr合金的拉伸断口呈现的韧窝数量显著增多，且分布较为均匀，合金的塑性得到提高．【相关文献】[1] 吕昌略. 微合金化及热轧工艺对铝硅镁基型材组织和性能的影响[D]．南京：东南大学, 2015.[2] 沈宁，何建贤，李春流，等．双级时效对6082型材性能的影响[J]．热加工工艺，2014(18)：166-168．[3] 马英义，宛亚坤．6082铝合金热轧工艺研究[J]．轻合金加工技术，2000，28(6)：11-12．[4] 金曼, 孙保良, 邵光杰. 添加锆对Al-Mg-Si合金时效组织和性能的影响[J].机械工程材料, 2006, 30(4):60-63.[5] 钱炜, 张振亚, 王晓璐,等. 铒、钇对6082铝合金性能及微观结构的影响[J]. 中国稀土学报, 2016, 34(5)：592-599.[6] 张福豹, 许晓静, 罗勇,等. 6×××系铝合金微合金化的研究进展[J]. 材料导报, 2012(s1)：384-388.[7] 张福豹. 6013型铝合金的微合金化与性能初步研究[D]. 镇江：江苏大学, 2011.[8] ZENG Fanhao，XIA Changqing，GU Yi.The 430 ℃ isothermal section of the Al-4Mg-Sc-Zr quaternary system in the Al-rich range[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2004,363(1/2): 175-181.[9] XIA Changqing，ZENG Fan-hao，GU Yi. Phase relations ofAl-4Mg-Sc-Zr quaternary system in Al-rich range at 430 ℃[J].Trans Nonferrous Met So c China, 2003, 13 (3): 546-552.[10] WU Yue，CHEN Wenlin. Effect of microalloying of Sc on microstructure and properties of Al-Mg-Si-Cu alloys[J].Journal of Plasticity Engineering，2015，22(3)：70-75.。

基于搅拌摩擦加工大塑性变形改性Al-Mg-Sc-Zr新型铝合金的组织控制与强化机理研究高性能铝合金由于低密度、强度适中、高塑性、耐腐蚀等优异的综合性能广泛地应用在食品包装、化学化工等行业。

然而,为了进一步扩大合金在航天航空、交通运输等领域的应用,需要具备更优的高强高韧性能合金。

而搅拌摩擦加工（FSP）作为一种新型的大塑性变形手段,能够有效地改善合金性能。

本文采用铸锭冶金方法制备了不同Sc、Zr含量的Al-Mg-Sc-（Zr）合金。

采用金相显微镜（OM）、电子背散射衍射（EBSD）、透射电子显微镜（TEM）和拉伸实验研究了Sc、Zr和Sc/Zr复合合金化对Al-5Mg合金组织与性能的影响;研究了Al-Mg-Sc-Zr铸态合金中初生粒子的外部形貌、内部结构与空间分布规律。

另一方面,通过对搅拌摩擦加工后合金各区域微观组织结构的演变规律及动态再结晶机制的研究,探讨了Sc和Sc、Zr在Al-5Mg合金中的存在形式与作用机理。

研究发现:Al-5Mg合金铸态组织为粗大的树枝晶结构;单独添加0.6 wt.%Sc 时,合金细化效果显著,平均晶粒尺寸从265.1μm减至50.2μm;复合添加0.2 wt.%Sc和0.1 wt.%Zr后,合金的强度显著提高,且具有较高的塑性。

由于Sc、Sc/Zr添加量超过共晶点成分,在合金凝固过程中析出初生的Al₃Sc/Al₃（Sc,Zr）颗粒。

这些初生颗粒与基体α-Al相具有相同的晶体结构(α_Al=0.4050 nm,α_Al3Sc=0.4106 nm,α_{Al3（Sc,Zr）}=0.410 nm)和一致的晶体取向,能够有效地作为α-Al的异质核心,起到细化晶粒的效果。

大尺寸Al-6Mg-0.3(Sc,Zr)合金铸锭铸态和均匀化态微观组织对比姜锋;钟沐春;黄宏锋;路丽英;刘兴涛;童玉欣【摘要】采用高分辨电镜、透射电镜、扫描电镜、光学显微镜和显微硬度测试等方法,研究大尺寸Al-Mg-Sc-Zr铸锭均匀性及不同温度均匀化后组织性能的变化.结果表明,大尺寸铸锭铸态组织存在组织和性能不均匀,边部冷却速率高,晶粒小、析出相多、硬度高;中心存在镁偏析.均匀化热处理后,中心镁偏析部分消除,发生同溶强化;铸锭析出Al3(Sc,Zr)粒子起到析出强化作用.高于350℃析出粒子的直径大于临界直径,强化机制为Orowan绕过机制.析出粒子直径越大,强度增量△σOr值减小,温度升高而硬度下降.【期刊名称】《轻合金加工技术》【年(卷),期】2015(043)010【总页数】6页(P24-29)【关键词】大尺寸Al-Mg-Sc-Zr合金铸锭;Sc;Zr;均匀化;Orowan强化机制【作者】姜锋;钟沐春;黄宏锋;路丽英;刘兴涛;童玉欣【作者单位】中南大学,湖南长沙 410083;中南大学,湖南长沙 410083;中南大学,湖南长沙 410083;东北轻合金有限责任公司,黑龙江哈尔滨150060;中南大学,湖南长沙 410083;中南大学,湖南长沙 410083【正文语种】中文【中图分类】TG292Al-Mg-Sc-Zr合金比强度高、耐蚀性能好和可焊性能好，多应用于航天航空领域［1-2］。

尤其含有Sc、Zr元素使其比强度大幅度提升，起到很好的微合金强化作用［3］。

同时合金铸锭的整体组织、性能影响加工成形性能，一些铸造缺陷会残留到最终成品中难以消除，因而铸锭的均匀性十分重要。

研究表明，Al-Mg-Sc-Zr铸锭的冷却速率对晶粒组织、Al3(Sc，Zr)析出及合金硬度性能等有显著影响［4-6］。

而大尺寸铸锭必然存在不均匀性。

一些文献通过选择不同的模具来模拟冷却速率［4，7］，但不能真实地反映生产用大尺寸铸锭的温度梯度、冷却速率和凝固率等变化，难以对大尺寸铸锭通过均匀化热处理进行组织、性能的均匀性调控［8-10］。

Al-Mg-Sc-Zr合金中初生相的析出行为杜刚;杨文;闫德胜;戎利建【摘要】利用扫描电子显微镜(SEM)和电子探针(EPMA)研究液态金属的冷却速率对Al-6Mg-0.2Sc-0.15Zr(质量分数,%)合金中初生相的结构、形貌及成分的影响.结果表明:在较低的冷却速率下(随炉冷却),液态金属中析出的初生相为L12结构的Al3(Sc, Zr)相和D023结构的Al3(Zr, Sc)相.初生Al3(Sc, Zr)相为Zr溶解在Al3Sc 相中的固溶体,具有复杂的形貌和较高的体积分数;当冷却速率较大时(钢模具冷却),D023结构的Al3(Zr, Sc)相的析出受到抑制而形成L12结构的Al3(Sc, Zr)相或亚稳态的Al3(Zr, Sc)相;当冷却速率足够大时(铜模具冷却),α(Al)基体在较高的过冷度下快速结晶,初生相的形成完全受到抑制.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2010(020)006【总页数】5页(P1083-1087)【关键词】铝合金;Al-Mg-Sc-Zr合金;初生相;冷却速率;显微组织【作者】杜刚;杨文;闫德胜;戎利建【作者单位】中国科学院,金属研究所,沈阳,110016;中国科学院,金属研究所,沈阳,110016;中国科学院,金属研究所,沈阳,110016;中国科学院,金属研究所,沈阳,110016【正文语种】中文【中图分类】TG146.2合金元素Sc具有强烈细化Al合金晶粒的作用。

当Al合金中Sc的含量超过共晶成分时，液相中能够形成大量的初生Al3Sc相颗粒并成为α(Al)基体的异质形核中心[1-3]。

加入Zr或Ti后不但明显降低形成初生相所需的最低 Sc含量还可以获得更好的细化晶粒的效果[4-5]。

YIN 等[6]研究发现铸态 Al-5Mg-0.2Sc-0.1Zr(质量分数，%) 合金的晶粒尺寸可被细化至42 μm，而Al-5Mg-0.6Sc(质量分数，%)合金的平均晶粒尺寸为72 μm。

〜试验研究〜Al-Si-Mg-Cu-Zr-Sc 合金中初生 Al3( Sc，Zr)相的形成和组织细化张雅，陈建彬，吴敏(安徽天航机电有限公司，安徽芜湖241000)摘要：采用金相显微镋（OM)、场发射扫描电子显微镜（FESEM)、原子力显微镜（AFM)以及背散射电子衍 射（£83〇),研究了含0.2%21'和0.6%5£；的人1-5丨-\^-(：11-21-5(；合金中初生人13(5(；,7〇相的形成及 其细化合金铸态组织的机制。

结果表明：A1-Si-Mg-Cu-Zr-Sc合金熔体在凝固过程中析出了初生Al3 (S c,Z r)相，由于其与基体的结构和生长取向相近，作为非均勾形核的核心使合金组织显著细化，并使合金铸态组织从粗大的树枝晶转变为细小的等轴晶。

初生Al3(Sc,Zr)相以a-A l为核心生长，形成了 cx-Al+ Al3(Sc，Zr) + ot-Al+ Al3(Sc，Zr) + …的偶数层共晶结构关键词：Al-Si-Mg-Cu-Zr-Sc铝合金;初生Al3(Sc,Zr)相；非均匀形核；共晶结构中图分类号:T G146.2 + 1文献标志码：A文章编号：丨008-丨690(2020)04-00丨7-05 Formation of Primary Al3(S c,Z r) Phase and Refinementof Structure in Al-Si-Mg-Cu-Zr-Sc AlloyZHANG Ya, CHEN Jianbin, WU Min(Anhui Tianhang Mechanical and Electrical Co.,Ltd.,Wuhu 241000, Anhui China)Abstract：T h e m e c h a n i s m w h e r e b y p r i m a r y A l3(S c,Z r)p h a s e f o r m e d in A l-S i-M g-C u-Z r-S c w i t h 0. 2%Z r a n d0.6% S c a s w e l l a s t h e m e c h a n i s m w h e r e b y it r e n d e r e d s t r u c t u r e o f t h e a s-c a s t A l-S i-M g-C u-Z r-S c a l l o y f i n e r w e r ei n v e s t i g a t e d b y m e a n s o f O M,F E S E M,A F M a n d E B S D.It w a s s e e n t hat t h e p r i m a r y A l3(S c,Z r)p h a s e w a s p r e c i p i t a t e d f r o m t h e A l-S i-M g-C u-Z r-S c a l l o y m e l t d u r i n g s o l i d i f i c a t i o n,a n d b e c a u s e its s t r u c t u r e a n d o r i e n t a t i o n w e r e s i m i l a r to t h o s e o f t h e m a t r i x,a c t e d a s t h e n u c l e u s for h e t e r o g e n e o u s n u c l e a t i o n t h u s s i g n i f i c a n t l y to r e f i n e s t r u c t u r e o f t h e a l l o y,a n d c a u s e d a s-c a s t m i c r o s t r u c t u r e o f t h e a l l o y to t r a n s f o r m f r o m c o a r s e c o l u m n a r c r y s t a l s into e q u i a x e d c r y s t a l s.T h e p r i m a r y A l3 (S c,Z r)p h a s e g r o w n w i t h a-A l a s n u c l e u s w i t h t h e result that a n e v e n n u m b e r e d-l a y e r e u t e c t i c s t r u c t u r e o f (a-A l+A l3(S c,Z r) + a-A l+ A l3(S c,Z r) +•••)f o r m e d.Key words：A l-S i-M g-C u-Z r-S c a l u m i n u m a l l o y；p r i m a r y A l3(S c,Z r)p h a s e;h e t e r o g e n e o u s n u c l e a t i o n；e u t e c t i c s t r u c t u r e〇引言通过细化晶粒等改善显微组织可有效提高铝合 金的力学性能。

第5卷　第4期1997年12月材　料　科　学　与　工　艺M A T ER I AL SC IEN CE &T ECHNOLO GYV o l 15　N o 14D ec .　19971997-06-213国家自然科学基金资助项目潘青林.博士生,副教授,中南工业大学材料系　410083Sc 对A l -M g 合金组织与性能的影响3潘青林　高拥政　尹志民　左铁镛(中南工业大学,长沙　410083)摘　要　采用铸锭冶金法制备了三种A l 2M g 2Sc 合金。

研究了Sc 对A l 2M g 合金拉伸性能和显微组织的影响。

结果表明:在A l 2M g 合金中添加微量的Sc ,可提高合金的强度,细化合金的晶粒组织;Sc 含量越高,合金强度提高的幅度越大,晶粒细化效果越显著;Sc 的加入还使合金中析出A l 3Sc质点,对位错和亚晶界起钉扎作用,抑制合金的再结晶。

关键词　A l 2M g 2Sc 合金;显微组织;力学性能;强化分类号　TG 146.2 在铝合金中添加微量的Sc ,可提高其强度和韧性,改善合金的耐热性、耐蚀性和可焊性。

国内外学者对此进行了大量的研究[1～4]。

从研究结果来看:一致认为Sc 在发展航天、核能和舰船等用新型铝合金结构材料方面是一个极有潜力的微合金化元素。

有人曾对某一具体成份的A l 2M g 2Sc 合金的显微组织与力学性能做过研究[5～6],但对Sc 含量如何影响A l 2M g 合金的组织与性能以及在不同状态下合金组织与性能的关系未做探讨。

本文报道了Sc 对不同状态(铸态、热轧态、冷轧态和退火态)A l 2M g 合金拉伸性能与晶粒组织的影响,并讨论了Sc 的合金中的存在形式和强化机理。

1　材料制备与实验方法以纯铝(9917%)、纯镁(99192%)和A l 2Sc 3122%中间合金为原料,采用铸锭冶金法制备出实验用三种合金,其名义成分与实际成份见表1。

合金制备的工艺规程为:熔铸(730～750℃)→均匀化退火(470℃,13h )→铣面→热轧(450℃,变形率80%)→冷轧(变形率45%)→退火(340℃,1h )。