《微合金化Al-Cu-Sc合金的多重強化和多尺度斷裂行為研究》是依託西安交通大學，由劉剛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微合金化Al-Cu-Sc合金的多重強化和多尺度斷裂行為研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉剛
- 依託單位：西安交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於微合金化Al-Cu-Sc合金中不可變形θ′-Al2Cu時效析出相與可變形細小Al3Sc時效析出相多尺度分布的特徵微觀組織結構，本申請擬通過力學性能與微觀結構之間的量化關聯，闡明尺寸存在量級差別的該兩類沉澱相對鋁合金強韌化的耦合影響；通過位錯理論及斷裂力學建模，構建相應的多重強化和多尺度斷裂理論框架。針對Sc添加促進θ′-Al2Cu均勻析出的微合金化作用，採用高分辨透射電鏡、三維原子探針等先進分析手段研究時效初期原子團簇的形成、演變及其對θ′-Al2Cu強化相析出的影響，進一步深入理解Sc的微合金化機理。同時，為澄清多重影響中的單因素相關性，分別研究Al-Cu和Al-Sc兩種對比合金中單一碟片狀θ′-Al2Cu沉澱相和單一球狀Al3Sc沉澱相(可變形/不可變形)與位錯的相互作用，明確沉澱相性態和形態對鋁合金變形斷裂的影響，嘗試建立普適的單一沉澱相的強韌化理論模型。
結題摘要
微合金化是當前鋁合金行業的研究熱點和發展方向，但是相關機制研究及其工業層次的套用還處在初步階段。本項目採用透射電子顯微鏡(TEM)和三維原子探針技術(3DAP)深入分析了Al-Cu-X (X = Sc和Sn)合金中微量添加元素X的微合金化作用及其對時效析出熱/動力學行為的影響，通過拉伸力學性能測試建立起了屈服強度和拉伸延性與微觀組織參數之間的關係。研究結果表明：儘管Sc和Sn的微量添加均具有強烈的微合金化作用，即細化θ‘-Al2Cu 強化相顆粒的同時提高析出密度，但是其微合金化機制存在不同。Sc的微合金機制主要是在θ’-Al2Cu界面上的偏聚，通過降低界面能抑制θ’-Al2Cu長大；而Sn的微合金化機制是形成細小Sn顆粒，在時效過程中作為形核質點促進θ‘-Al2Cu相的形核和非均勻析出，使析出相密度增加，尺寸減小。力學性能上，經最佳化熱處理後的Al-Cu-Sc合金，與未合金化的Al-Cu合金比，屈服強度可提高1倍以上，同時拉伸延性提高約10%，實現了強度和延性的同步提高。而Al-Cu-Sn合金與Al-Cu合金相比，雖然可提高屈服強度50%左右，但是拉伸延性降低。進一步地，構建了微合金化Al-Cu-X合金的強化模型，並提出了微合金化對合金斷裂行為影響的半定量微觀力學模型。研究結果將為鋁合金的微合金化提供理論基礎及設計參考。
