钪对铸态Al-Cu-Mg-Ag-Zr合金组织与性能影响研究

"钪对铸态Al-Cu-Mg-Ag-Zr合金组织与性能影响" 在金属材料科学领域，钪（Sc）作为一种稀土元素，其在铝合金中的应用引起了广泛的关注。Al-Cu-Mg-Ag-Zr合金因其高强韧性和良好的热强性，常被用作航空航天结构材料。然而，当工作环境温度超过100℃时，合金的性能会因强化相粗化而降低。为了解决这一问题，科研人员通过熔炼铸造的方法，制备了一系列不同钪含量的Al-Cu-Mg-Ag-Zr合金，旨在探究钪对合金组织和性能的具体影响。 实验结果显示，向Al-5.3Cu-0.8Mg-0.6Ag-0.2Zr合金中添加0.10%~0.5%的钪，能够显著改善合金的室温和高温性能。在室温至300℃的测试范围内，合金的拉伸强度得到增强，同时耐热性能和晶界腐蚀性能也有所提升。这主要得益于钪的细化晶粒作用，当Sc含量达到0.3%~0.5%时，合金的平均晶粒尺寸由原来的300μm减小到60μm，实现了细晶强化。 此外，钪还通过固溶强化、时效强化、弥散强化以及晶界强化等多种机制协同作用，进一步提升了含0.3%Sc的Al-5.3Cu-0.8Mg-0.6Ag-0.2Zr合金的力学性能。这些强化效果使得合金在承受更高温度或更长时间服役条件下的稳定性得以增强。 然而，当钪的含量增加到0.5%时，合金的性能并未持续增强，反而出现了下降。原因是形成了粗大的Al3(Sc,Zr)相稀土化合物，这种粗大相的存在削弱了合金的拉伸性能和抗腐蚀能力。这表明钪的添加量需要精确控制，以避免过度形成不利的化合物相。 文献中提到，含Ag的Al-Cu-Mg合金在时效过程中由于产生Ω相而提高了耐热性能。然而，对于钪在铸态Al-Cu-Mg-Ag合金中的耐热性能和抗腐蚀性能的研究相对较少。本研究的创新之处在于，它深入探讨了钪在铸态合金中的具体作用，为优化合金成分设计提供了理论依据。 通过中南大学粉末冶金国家重点实验室的研究，我们了解到钪在铝合金中的微妙平衡作用，既可以通过细化晶粒来提高合金的综合性能，也可能因过量导致性能恶化。这对于未来铝合金的设计和应用具有重要的指导意义，特别是在高温和腐蚀环境下使用的航空航天材料中，合理控制钪的添加比例显得尤为重要。