Y元素對超高強Al-Zn-Mg-Cu合金顯微組織和力學性能的影響

馬景濤，陶 慧，李慧中，2，梁霄鵬，2

（1.中南大學 材料科學與工程學院，湖南 長沙 410083；2.中南大學 有色金屬材料科學與工程教育部重點實驗室，湖南 長沙 410083）

Al-Zn-Mg-Cu合金因其密度低，強度高，熱處理強化效果好等優點，已成為航空航天領域中的重要結構材料［1-2］。然而，隨著飛行器機動性和速度的不斷提高，對航空航天用鋁合金的力學性能、斷裂韌性等綜合性能也提出更高的需求［3］。現有研究表明，少量Y元素的添加能夠細化鋁合金的二次枝晶，減小共晶化合物尺寸，還會與Cu、Si、Al等元素反應，生成如Al6Cu6Y、Al2Y、Al3Y等化合物，這些化合物以塊或條形式存在，并分布于晶界，能夠有效改善合金的沖擊韌性［4-5］；喬及森等在7075鋁合金中加入0.2%Y后發現Y元素與合金中的Fe和Mn等元素結合后形成金屬間化合物［6］，降低了基體中Fe元素對再結晶晶核形成的阻礙作用，從而提高了合金的再結晶程度，細化了合金的晶粒尺寸。此外，含Y相的形狀和尺寸對合金性能也有很大的影響，當Y添加量較小時會形成納米級網絡結構的Al8Cu4Y相，這種相能夠提高合金的強度和塑性［7］；當Y添加量較多時，形成粗大的（Al，Zn）8Cu4Y相，對合金的伸長率有負面影響。本文通過研究不同Y元素添加量對Al-Zn-Mg-Cu合金的顯微組織和力學性能的影響，探究了Y在合金中的最佳添加量以及合金的強化機理。

1 試驗方法

1.1 材料

試驗所用的基礎合金成分為Al-9Zn-2.5Mg-2Cu-0.06Zr-0.07Ti（wt.%）。采 用 高 純 鋁（99.99wt.%）、純Zn、純Mg、Al-46wt.%Cu、Al-3Zr和Al-5Ti-B中間合金，通過熔煉和重力鑄造所得。通過添加Al-10Y中間合金得到Y含量為0%、0.1%、0.2%、0.3%的四種合金，分別命名為Y0，Y1，Y2，Y3。具體步驟為：采用石墨坩堝將高純鋁在井式電阻爐中熔化，熔化溫度為800℃；……