《Al-0.2Sc-0.04（Zr,Yb）合金高溫蠕變機理》是依託鄭州大學，由蔡彬擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：Al-0.2Sc-0.04(Zr,Yb)合金高溫蠕變機理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：蔡彬
- 依託單位：鄭州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在前期工作基礎上，研究Al-0.2Sc-0.04(Zr, Yb)（Yb含量分別為0.01，0.02，0.03和0.04 wt.%）合金的高溫蠕變。藉助室溫硬度和拉伸性能測試，確定合金在不同處理制度（時效，冷軋+時效和預時效+冷軋+再時效）下的最佳化條件。通過蠕變測試，建立最小蠕變速率與應力和溫度關係，察知Yb含量和處理制度對蠕變行為的影響。藉助微結構觀察，獲得Al3(Sc, Zr, Yb)沉澱形成和演化的一般規律。分析晶粒細化、亞結構形成的內在機理。通過電阻率測試，獲得合金導電性與Yb含量和處理制度間關係，間接察知微結構演化的內在規律。通過這些工作，確定納米Al3(Sc, Zr, Yb)共格沉澱強化的Al-Sc-(Zr, Yb)合金蠕變是否存在門檻應力，或找出門檻應力出現的微觀條件或機理，提出改進的蠕變機制。分析Yb含量對合金耐熱性能的影響，為新型超耐熱導電鋁合金的研發提供理論和實驗支持。
結題摘要
微合金化Al-Sc-X（X=Zr，Ti，Yb和Gd等）合金具有優異的抗高溫蠕變能力，有望替換汽車、航空器中需在中高溫（200-400oC）工作的鑄鐵或Ti合金構件。本課題組率先注意到Al-Sc-X在超耐熱導線領域的價值，發現冷軋和時效聯合處理能顯著提高合金力學性能和導電性，並申請了專利保護。但高溫蠕變激活能明顯偏小，蠕變機制仍需澄清。本項目在研究Al-0.24(Sc, Zr, Yb)合金蠕變機制的同時，通過Yb（部分）替換Zr或Sc，進一步最佳化其性能，主要結果如下： （1）Al-0.2Sc-0.04(Zr, Yb)合金性能：在均勻化態，0.02%Yb部分置換Zr可使峰時效溫度向高溫移動約20oC，提高抗拉強度20MPa，提高導電性1.5%IACS。合金抗拉強度在峰時效+冷軋+峰時效態最高（206.0~224.4MPa），熱擠+冷軋+峰時效態次之，而冷軋+峰時效態最低。Yb含量對導電性影響相對較小，20oC相對電導率為60.8~62.7%IACS。 （2）Al-0.2Sc-0.04(Zr, Yb)合金蠕變：冷軋或峰時效+冷軋預處理均能明顯提高合金的抗高溫蠕變能力。高溫形變機制與應變速率有關：在低應變速率區是“存在門檻應力的位錯蠕變”，而在高應變速率區或存在穩定亞結構時應是“存在門檻應力的恆定亞結構位錯形變”。Yb部分替換Zr能適當提高合金的室溫和高溫力學性能，以及高溫蠕變激活能。 （3）Al-0.2(Sc, Yb)-0.04Zr合金性能研究：為降低合金成本，對Yb部分替代Sc的Al-0.2(Sc, Yb)-0.04Zr合金性能進行了研究，發現隨Yb含量增加，合金強度連續降低，導電性則不斷改善。基於性價比考慮：Al-0.1Sc-0.1Yb-0.04Zr合金是一種不錯的選擇。 （4）Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb合金性能與冷軋量（半）定量關係：在相同冷熱加工條件下，合金力學性能隨冷軋量增加連續增加，但在面積減縮率為50%附近，增加規律發生了一定程度改變。相應微結構觀察表明：當冷軋量低於50%時，時效過程中無明顯亞結構形成，而當冷軋量高於50%時，時效將導致細小亞結構形成。該工作仍在進行中。 該研究進一步澄清了Al-Sc-X合金的蠕變機制，也為其在耐熱導線、結構鋁合金領域的套用提供了系統的參考數據。
