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微合金化元素Sc对Al-Mg-Si合金微观结构及性能的影响
魏波，潘帅，廖桂珍，王双宝*
广西大学可再生能源材料协同创新中心，广西南宁，530004
*Email: nmshuangbaowang@126.com
可热处理Al-Mg-Si合金具有中等强度、成形性好、耐腐蚀和导电性好等优点，广泛应用于汽车、飞机和电力工业等行业。Al-Mg-Si合金具有这些优异的性能主要与在160 ~ 200℃人工时效过程中形成的大量密集的纳米尺度析出相有关，因为这些析出相能够有效地阻碍铝基体中位错的运动 [1]。为了进一步提升铝合金的性能，大量工作已经通过热处理工艺的手段对控制Al-Mg-Si合金中最有效的强化相β"的析出密度和数量进行了研究，例如预时效和分级时效等 [2]。此外，Al-Mg-Si合金的微合金化也是改善合金性能的有效途径。近年来，稀土元素Sc由于其热稳定性和高温抗疲劳等优异的性能而受到广泛关注，在铝合金中发挥着重要作用 [3]。
为了阐明微合金化元素Sc对Al-Mg-Si合金微观结构及性能的影响，本文利用了扫描和透射电镜、硬度、拉伸和腐蚀试验等方法系统研究了Al-0.5Mg-0.4Si (wt.%)合金和Al-0.5Mg-0.4Si-0.4Sc合金在170℃人工时效过程中的微观结构和性能。研究发现，在Al-Mg-Si合金中添加Sc会形成微观尺度的Al3Sc弥散体，起到细化晶粒的效果，如图1所示。此外，添加Sc可以显著缩短Al-Mg-Si合金的峰值硬化响应时间，提高合金的耐热性，同时还可以提高峰值时效状态下的塑性。进一步研究表明，Al-Mg-Si与Al-Mg-Si-Sc合金都有着优异的耐晶间腐蚀性能，不同的是在Al-Mg-Si-Sc合金中的晶界无析出带变得更窄，从而使其电化学腐蚀性能得到进一步改善。本研究为同时提高Al-Mg-Si合金的硬度、塑性和耐蚀性提供了新的思路。
Fig. 1 Grain microstructure of the two different alloys samples: representative EBSD images (a and c) and the corresponding statistical grain size distributions (b and d) of AlMgSi and AlMgSiSc alloys respectively.
参考文献
[1] J. Hu J. Teng X. Ji D. Fu W. Zhang H. Zhang Enhanced mechanical properties of an Al-Mg-Si alloy by repetitive continuous extrusion forming process and subsequent aging treatment Materials Science and Engineering: A 695 (2017) 35-44.
[2] L. Ding Y. Weng S. Wu R.E. Sanders Z. Jia Q. Liu Influence of interrupted quenching and pre-aging on the bake hardening of Al–Mg–Si Alloy Materials Science and Engineering: A 651 (2016) 991-998.
[3] M. Vlach B. Smola I. Stulíková V. Ocenasek Microstructure and mechanical properties of the AA6082 aluminium alloy with small additions of Sc and Zr International Journal of Materials Research 100 (2009) 420-423.
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