PDF《Al-5Zr 中间合金初生 Al3Zr 相三维形貌》

第45 卷第9期稀有金属材料与工程 Vol.

45, No.9

2016 年9月RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING September

2016 收稿日期:2015-09-17 基金项目:国家重点基础研究发展计划(

973 计划) (2012CB619506) ;

国家自然科学基金(51204053) 作者简介:李飞,男,1979 年生,博士生,东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室,辽宁 沈阳 110819,

电话:024-83687734, E-mail: [email protected] Al-5Zr 中间合金初生 Al3Zr 相三维形貌 及其对浇注温度的依赖性 李飞1,2 ,朱庆丰

1 ,王文静

1 ,赵志浩

1 ,崔建忠

1 (1. 东北大学 材料电磁过程研究教育部重点实验室,辽宁 沈阳 110819) (2. 辽宁石油化工大学,辽宁 抚顺 113001) 摘要:采用熔盐反应法制备了 Al-5Zr 中间合金并利用强碱腐蚀获得了初生 Al3Zr 相的三维形貌,分析了 Al3Zr 相的长 大机理,研究了降温过程中浇注温度(

1250、

1050、

950、800 ℃)对合金中初生 Al3Zr 相三维形貌、尺寸及数量的影 响,利用 JMatPro 软件和面积法分别计算了 Al-5Zr 中间合金的理论固相率和实际固相率.结果表明:Al-5Zr 中间合金 中,Al3Zr 相的三维形貌呈现厚板状、薄片状、花瓣状及搭桥状等形貌,这些形貌的形成可以追溯到二维晶核和成分过 冷综合作用机制.随着浇注温度降低,Al3Zr 相形貌由薄片状逐渐转化为厚板状,薄片相尺寸减小、数量减少;

厚板相 尺寸增大、数量增多,两种形貌相的总数量减少.利用 JMatPro 软件计算的合金理论固相率与面积法计算的合金实际固 相率基本吻合.从合金固相率看,随着浇注温度降低,厚板 Al3Zr 相的相对含量增多. 关键词:Al-5Zr 中间合金;

初生 Al3Zr 相;

三维形貌;

浇注温度 中图法分类号:TG146.2 文献标识码:A 文章编号:1002-185X(2016)09-2397-06 航空航天、高速列车等运载工具的高速发展,不 断牵动着铝合金的更新换代.向铝合金中添加微量元 素Zr 正成为合金组织改善与性能提高的主要手段[1-4] . 作为 Zr 元素添加的重要载体,Al-Zr 中间合金的优劣 直接关系到含 Zr 铝合金的综合性能.Al-Zr 中间合金 中Al3Zr 相的形貌、尺寸及分布状态会通过组织遗传 效应影响到合金产品的最终性能[5,6] .因此,在制备 Al-Zr 中间合金时,调控 Al3Zr 相形貌、尺寸等析出行 为的研究就显得尤为重要.Y. T. Zhao 等人[7] 在熔盐反 应法制备铝基复合材料时,发现浇注温度对 Al3Zr 相 形貌有较大影响;

随着温度升高, Al3Zr 相形貌由球状、 块状逐渐演化成纤维状.Lee 等人[8] 在铝还原法制备 Al-Zr 中间合金的实验研究中,当浇注温度在液相区和 固液两相区时,将分别获得块状和片状的 Al3Zr 相. Brodova 等人[9] 考察了冷却速率对 Al-1.5Zr 中间合金组 织的影响,发现冷却速率较慢时形成粗大针状的 Al3Zr 相,冷却速率快时形成微米块状和蔷薇状的 Al3Zr 相. 此外,汪小燕等人[10] 在对比常规金属型铸造和快淬成 形的 Al-Zr 合金中 Al3Zr 晶体形貌时,发现慢冷条件下 呈现较大的长方体状, 而快冷下呈现细小的颗粒状. 由 此可见,凝固条件对 Al3Zr 相的形貌、尺寸起着决定性 作用. 尽管相关研究已取得了很多进展, 但这些研究都 主要集中于合金熔体升温过程中凝固条件对 Al3Zr 相的 影响.然而,关于降温过程中凝固条件对 Al3Zr 相的形 成规律却关注很少;

尤其是关于 Al-Zr 合金中 Al3Zr 相 三维形貌及其对温度的依赖性还鲜有报道, 因此本课题 采用强碱腐蚀法结合 JMatPro 软件研究 Al-5Zr 合金中 Al3Zr 相三维形貌及其对浇注温度的依赖性.