田少鲲等：Sc对7056铝合金组织和性能的影响 ·1299· MPa,respectively.At this time,the main strengthening phase of the alloy was a disk-shaped and short rod-shaped MgZnz phase, which was about 4 to 6 nm in size,and the alloy also had a spherical Al Zr phase with a size of about 20 nm. KEY WORDS 7056 aluminum alloy;scandium;microstructure;mechanical property;aging Al-Zn-Mg-Cu系合金，凭借优良的加工性能、 相，不仅可以细化品粒，而且Zx具有强烈的钉扎作 较高的断裂韧性、较好的耐蚀性和疲劳性能以及优 用，阻碍位错的滑移和攀移，抑制品界的移动，提高 良的导电导热性而在汽车、军事、能源动力、建筑、航 再结品温度，从而提高合金的综合性能.虽然目前 空航天等领域得到了迅速发展1-1.7056铝合金是 一些研究表明复合添加Sc和Zr元素可以形成A 法国科学家于2004年在7055铝合金的基础上，降 (Sc,Zx)相可以大大的强化合金的性能，但7056铝 低Mg和Cu元素的同时，大幅度提高Zn元素含量 合金本身就含有较多的Zr元素，还能否通过添加少 来进一步提高合金的Zn/Mg比，同时严格控制Fe、 量的Sc元素来进一步优化7056铝合金的微观组 Si,Mn等杂质元素含量来实现的12-1).7056铝合 织，提高合金的综合性能，目前还不得而知5，-2】. 金成分特点为高的Zn/Mg比和较低的Cu含量，其 本文通过向7056铝合金中加入质量分数 可以提高合金的强韧性及淬透性；高的Z/Mg比也 0.2%的Sc元素，研究了其对7056铝合金显微组织 会使铝合金在时效状态下的析出相更为细小弥散， 和力学性能的影响，同时研究了7056铝合金的时效 GP区和n'相成分中的Zn/Mg比也会增大—7056 工艺 铝合金的时效特性应该会与其他7xx系合金有所 1实验 不同15-6] Sc元素位于元素周期表第21位，属于3d型过 合金的制备采用99.99%高纯铝、99.99%高纯 渡元素，同时也是稀土元素的一种.当在铝合金中 锌、99.99%高纯镁等金属以及A1-50.80%Cu、A1- 加入Sc元素时，在凝固过程中可以生成Al,Sc第二 5.11%Zr、Al-10.13%Mn、Al-10.02%Ti、A-2.02% 相粒子，其可以通过细化晶粒、沉淀强化和抑制变形 Sc等中间合金为原料，利用ZGL0.01-50-4K真空 金属的再结品来提高合金的综合性能.但是形成此 感应熔炼炉熔炼合金，在石墨模具中浇铸成中100 相需要加人较多的Sc元素，而Sc元素价格昂贵，限 mm×210mm的铸锭.制备得到两组合金的成分见 制了其应用.合金中加入微量的Zx,可以形成Al,Zr 表1. 表1两种合金的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of the two alloys % 样品 Zn Mg Cu Zx Si Fe Mn Ti Se Al 1 9.56 1.94 1.46 0.18 0.0054 0.012 0.11 0.06 余量 2 9.44 1.93 1.50 0.18 0.0060 0.011 0.10 0.09 0.2 余量 利用SX-G18133节能箱式电炉对铸态合金进 1000Z型显微维氏硬度计上测量硬度，加载压力为 行均匀化处理，均匀化制度采用460℃，24h+465 4.9N,保压时间为10s,每个试样分别测量10次，去 ℃，24h.对试样表面的氧化皮进行处理后，在X- 掉最大值和最小之后取平均值.选取峰值硬度对应 630B型材挤压机上将合金挤压成中25mm的棒材， 的时效处理后的合金以及固溶处理后的合金，沿挤 挤压比约为12.96.对挤压后的合金棒材进行固溶 压方向切取试样，机加工成直径5mm,标距25mm 处理，固溶温度为475℃，固溶时间为2h.此后对合 的拉伸试样.拉伸试验在CT4105型电子万能试 金在110、120和130℃温度下进行时效处理，时效 验机上进行，得到屈服强度、抗拉强度及断后伸长 时间为4、8、12、16、20和24h. 率.对热处理后的式样切成10mm×10mm×0.5 对铸态、变形态及热处理后的试样经过400#到 mm的薄片，依次用400#到3000#的砂纸将试样磨 3000#的砂纸打磨后，在PG-1A/B型金相试样抛光 成50m左右的薄片.将薄片冲成直径为3mm的 机上进行抛光，并用改变配比的keller's试剂（可以 小圆片，随后对小圆片进行双喷减薄.双喷液为 增加品界清晰度)以及Graff Sargent试剂进行侵蚀， 25%HNO,+75%CH,0H(体积分数)混合溶液，双 清洗吹干后在DM25O0M型光学显微镜下观察显微 喷温度为-30℃~-20℃（采用液氮冷却），工作电 组织.对固溶处理和时效处理后的合金在HV- 压为20~25V.对制备得到的薄区在JEM-2000FX田少鲲等: Sc 对 7056 铝合金组织和性能的影响 MPa, respectively. At this time, the main strengthening phase of the alloy was a disk鄄shaped and short rod鄄shaped MgZn2 phase, which was about 4 to 6 nm in size, and the alloy also had a spherical Al 3Zr phase with a size of about 20 nm. KEY WORDS 7056 aluminum alloy; scandium; microstructure; mechanical property; aging Al鄄鄄Zn鄄鄄Mg鄄鄄Cu 系合金,凭借优良的加工性能、 较高的断裂韧性、较好的耐蚀性和疲劳性能以及优 良的导电导热性而在汽车、军事、能源动力、建筑、航 空航天等领域得到了迅速发展[1鄄鄄11] . 7056 铝合金是 法国科学家于 2004 年在 7055 铝合金的基础上,降 低 Mg 和 Cu 元素的同时,大幅度提高 Zn 元素含量 来进一步提高合金的 Zn / Mg 比,同时严格控制 Fe、 Si、Mn 等杂质元素含量来实现的[12鄄鄄14] . 7056 铝合 金成分特点为高的 Zn / Mg 比和较低的 Cu 含量,其 可以提高合金的强韧性及淬透性;高的 Zn / Mg 比也 会使铝合金在时效状态下的析出相更为细小弥散, GP 区和 浊忆相成分中的 Zn / Mg 比也会增大———7056 铝合金的时效特性应该会与其他 7xxx 系合金有所 不同[15鄄鄄16] . Sc 元素位于元素周期表第 21 位,属于 3d 型过 渡元素,同时也是稀土元素的一种. 当在铝合金中 加入 Sc 元素时,在凝固过程中可以生成 Al 3 Sc 第二 相粒子,其可以通过细化晶粒、沉淀强化和抑制变形 金属的再结晶来提高合金的综合性能. 但是形成此 相需要加入较多的 Sc 元素,而 Sc 元素价格昂贵,限 制了其应用. 合金中加入微量的 Zr,可以形成 Al 3Zr 相,不仅可以细化晶粒,而且 Zr 具有强烈的钉扎作 用,阻碍位错的滑移和攀移,抑制晶界的移动,提高 再结晶温度,从而提高合金的综合性能. 虽然目前 一些研究表明复合添加 Sc 和 Zr 元素可以形成 Al 3 (Sc,Zr)相可以大大的强化合金的性能,但 7056 铝 合金本身就含有较多的 Zr 元素,还能否通过添加少 量的 Sc 元素来进一步优化 7056 铝合金的微观组 织,提高合金的综合性能,目前还不得而知[5,17鄄鄄23] . 本文 通 过 向 7056 铝 合 金 中 加 入 质 量 分 数 0郾 2% 的 Sc 元素,研究了其对 7056 铝合金显微组织 和力学性能的影响,同时研究了 7056 铝合金的时效 工艺. 1 实验 合金的制备采用 99郾 99% 高纯铝、99郾 99% 高纯 锌、99郾 99% 高纯镁等金属以及 Al鄄鄄 50郾 80% Cu、Al鄄鄄 5郾 11% Zr、Al鄄鄄10郾 13% Mn、Al鄄鄄10郾 02% Ti、Al鄄鄄2郾 02% Sc 等中间合金为原料,利用 ZGJL0郾 01鄄鄄50鄄鄄4K 真空 感应熔炼炉熔炼合金,在石墨模具中浇铸成 准100 mm 伊 210 mm 的铸锭. 制备得到两组合金的成分见 表 1. 表 1 两种合金的化学成分(质量分数) Table 1 Chemical composition of the two alloys % 样品 Zn Mg Cu Zr Si Fe Mn Ti Sc Al 1 9郾 56 1郾 94 1郾 46 0郾 18 0郾 0054 0郾 012 0郾 11 0郾 06 — 余量 2 9郾 44 1郾 93 1郾 50 0郾 18 0郾 0060 0郾 011 0郾 10 0郾 09 0郾 2 余量 利用 SX鄄鄄G18133 节能箱式电炉对铸态合金进 行均匀化处理,均匀化制度采用 460 益 ,24 h + 465 益 ,24 h. 对试样表面的氧化皮进行处理后,在 XJ鄄鄄 630B 型材挤压机上将合金挤压成 准25 mm 的棒材, 挤压比约为 12郾 96. 对挤压后的合金棒材进行固溶 处理,固溶温度为 475 益 ,固溶时间为 2 h. 此后对合 金在 110、120 和 130 益 温度下进行时效处理,时效 时间为 4、8、12、16、20 和 24 h. 对铸态、变形态及热处理后的试样经过 400 #到 3000 #的砂纸打磨后,在 PG鄄鄄1A/ B 型金相试样抛光 机上进行抛光,并用改变配比的 keller爷s 试剂(可以 增加晶界清晰度)以及 Graff Sargent 试剂进行侵蚀, 清洗吹干后在 DM2500M 型光学显微镜下观察显微 组织. 对固溶处理和时效处理后的合金在 HV鄄鄄 1000Z 型显微维氏硬度计上测量硬度,加载压力为 4郾 9 N,保压时间为 10 s,每个试样分别测量 10 次,去 掉最大值和最小之后取平均值. 选取峰值硬度对应 的时效处理后的合金以及固溶处理后的合金,沿挤 压方向切取试样,机加工成直径 5 mm,标距 25 mm 的拉伸试样. 拉伸试验在 CMT4105 型电子万能试 验机上进行,得到屈服强度、抗拉强度及断后伸长 率. 对热处理后的式样切成 10 mm 伊 10 mm 伊 0郾 5 mm 的薄片,依次用 400#到 3000#的砂纸将试样磨 成 50 滋m 左右的薄片. 将薄片冲成直径为 3 mm 的 小圆片,随后对小圆片进行双喷减薄. 双喷液为 25% HNO3 + 75% CH3 OH(体积分数) 混合溶液,双 喷温度为 - 30 益 ~ - 20 益 (采用液氮冷却),工作电 压为 20 ~ 25 V. 对制备得到的薄区在 JEM鄄鄄2000FX ·1299·