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广西富有稀土Sc和热处理工艺调控Al-Cu-Mg航空铝合金性能的球差校正原位透射电镜研究

批准号:
52061003
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
35.0 万元
负责人:
王双宝
依托单位:
学科分类:
金属材料设计、计算与表征
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王双宝

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
提高韧性,耐热性和抗腐蚀性并兼顾其强度是Al-Cu-Mg合金面临的重要科学问题。稀土元素Sc的添加和热处理工艺强烈地影响析出相等微观结构及性能。前期工作已制备出析出相可控含Sc的Al-Cu-Mg合金,但性能调控规律及原子作用机制尚不清楚。本项目拟在现有基础上,利用先进的球差校正透射电子显微术,包括原位成像、环形暗场成像和电子能量损失谱等,研究几种典型Cu/Mg比含Sc铝合金时效析出演变规律,阐明Sc与析出相、位错、晶界、溶质等晶体缺陷的交互作用规律,结合理论计算和性能测试,探讨Sc和热处理对提高强韧性和耐热耐蚀性的机制,建立Sc和热处理工艺与析出相、晶粒、晶界、位错等微结构参数、高低温拉伸及晶间腐蚀等性能指标之间的定量关系。研究结果将揭示Sc和热处理工艺调控Al-Cu-Mg合金强韧化和耐热耐蚀性的规律及原子作用机制等关键科学问题,为我国航空航天用高性能铝合金的制备提供理论和实验基础。
英文摘要
Increasing toughness, heat and corrosion resistance while maintaining strength is an important scientific question confronted with Al-Cu-Mg alloys. Both the addition of rare earth elements Sc and the heat treatment will have an important effect on the microstructure (such as nanoprecipitates) of the alloy and its associated properties. In our previous works, Sc-containing Al-Cu-Mg alloys with controllable type of precipitates have been successfully fabricated by the optimization of heat treatment. However, the modulation rules of properties and related atomic mechanism in these alloys are not clear. In this project, the advanced aberration-corrected transmission electron microscopy, including in-situ heating, annular dark-field imaging in scanning transmission electron microscope (ADF-STEM) and electron energy loss spectroscopy (EELS) etc., will be used to investigate the evolution of precipitates during aging of alloys. The interactions of Sc with precipitates, dislocation, grain boundary and solute atoms et al. will be systematically clarified. Combined with theoretic calculation and property test, the contributions of the Sc and heat treatment on the improvement of strength, toughness, heat and corrosion resistance will be explored. The relationship among the Sc addition, heat treatment, microstructure such as ageing precipitation, grain refinement, dislocation etc., as well as tensile and corrosion properties will be quantitatively analyzed. The integrated toughening, strengthening, heat- and corrosion-resistant mechanisms in the Al-Cu-Mg-Sc alloys will be finally revealed. The results from the project would provide theoretical and experimental guidance for the produce of high-performance Al alloys.
2000系Al-Cu-Mg合金属于可热处理强化合金,具有高强度、低密度、良好的加工成型性和抗腐蚀性能等优点,广泛应用于航空航天和交通运输等领域。提高韧性,耐热性和抗腐蚀性并兼顾其强度是Al-Cu-Mg合金面临的重要科学问题。本项目利用先进的球差校正透射电子显微术等研究了两种典型Cu/Mg比含Sc铝合金时效析出演变规律,探讨了Sc和热处理对提高强韧性和耐热耐蚀性的机制。研究表明,0.2 wt% Sc添加到高Cu(5.1 wt%)和低Mg(0.65 wt%)含量的Al-Cu-Mg合金在后能够显著抑制峰值硬化θ'和S析出相的形成,但能够稳定180°C时效期间形成的Guinier-Preston-Bagaryatsky(GPB)区。决定后续峰值硬化GPB区演变的独特GPB前体的形成与Al-Cu-Mg-Sc合金中Sc对Cu以及空位的拖曳效应高度相关,从而使得可用Cu溶质的减少而限制了θ′和S析出相的成核。性能方面,添加0.2 wt%的Sc不仅可以提高峰值硬化合金的耐腐蚀性,还可以提高其电导率。此外,与固溶态相比,峰值硬化Al-Cu-Mg-Sc合金还具有强度增加而延展性不变的特点。进一步的分析表明,性能的改善主要归因于密集分布的无应变GPB区和较小的无沉淀析出带的形成。当0.2 wt% 的Sc添加到高Cu(4.6 wt%)和高Mg(1.6 wt%)的Al-Cu-Mg合金在后,峰值时效状态下Al晶粒、组分相颗粒和T相分散体的尺寸减小,无沉淀区的宽度、板条状S析出相的厚度和针状GPB区的直径减小。组分相、T相和S相具有Sc的偏析。改良的微观结构有助于提高耐腐蚀性能、伸长率和过时效热稳定性,而不会损失含Sc合金的峰值硬度和抗拉强度。研究结果将揭示Sc和热处理工艺调控Al-Cu-Mg合金强韧化和耐热耐蚀性的规律及原子作用机制等关键科学问题,为我国航空航天用高性能铝合金的制备提供理论和实验基础。
云南优势Sc、Sn、Ge和预时效调控Al-Mg-Si合金的性能及原子尺度原位表征
  • 批准号:
    52561007
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    32.00万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    王双宝
  • 依托单位:
国内基金
海外基金