稀土Er对1420铝锂合金组织和性能的影响
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摘要
摘 要
本文采用传统的铸锭冶金法制备了含不同量 Er 的 1420Al-Li 合金，借助各
种测试分析手段，研究了不同含量 Er 对铝锂合金在不同状态（铸态、时效态）
下的力学性能与微观组织的影响，深入分析了 Er 在合金中的存在形式、与合金
元素的交互作用、对合金的强化机理。此外，本文还初步探讨了 Er 对 Al-Li 合
金各向异性的影响。结果表明：
Er 含量低于 0.2%时，对 Al-Li 合金的铸态晶粒尺寸几乎没有影响，当 Er 含
量达 0.2%及以上时，晶粒细化效果非常显著。不同量 Er 可不同程度地提高实验
合金在时效状态下的的硬度与强度。当 Er 含量为 0.2%时，Er 能较大幅度地提高
合金强度（5～40%）而塑性略有降低；继续提高 Er 含量，强度无明显提高但塑
性下降较为明显。Er 对合金的强化机制主要有三种，即第二相析出强化、细晶
强化和亚结构强化，其中前者的强化效应较大，后两者的强化效应相对较小。Er
元素还可以降低 Al-Li 合金屈服强度的各向异性，这主要是因为添加 Er 元素生
成的次生的 Al3Er 相对位错起到强烈的钉扎作用，影响了位错的运动，阻止严重
的共面滑移，从而提高了合金的均匀变形能力，降低了合金的各向异性。
总之，1420 合金添加稀土元素 Er 后会生成 Al3Er 相，这种相对合金凝固形
核、位错运动、导致合金各向异性的共面滑移都将产生一定的作用。研究结果表
明，Er 是 Al-Li 合金的有效微量元素，添加名义成分为 0.2%的 Er，可使实验合
金具有较好的综合性能。
Al-Li alloys containing different percent of Er were prepared with cast
Metallurgy processing in this paper. By means of many experimental techniques such
as TEM, SEM, XRD, EDS, and so on, effects of Er on microstructure and mechanical
properties of 1420 Al-Li alloys under different states (as-cast, aged) were investigated.
The existing forms and interactions with alloying elements of Er in Al-Li alloys, the
strengthening of Al-Li-0.2Er alloy were profoundly studied. Moreover, the effects of
Er on anisotropy of Al-Li alloys were preparatory discussed. The results are as
follows:
There are seldom effects of Er on the size of grain when Er additions are less
than 0.2wt%, but the grain will be refined significantly when Er additions are 0.2wt%
or more. The addition of different content Er was found to improve the mechanical
properties (strength and hardness) of experimental alloys to different extent. When Er
additions were 0.2wt%, the strength was considerably improved（5～40%） while the
ductility keeps stable or decreases slightly. With the increase of Er additions, the
strength keeps stable but the ductility decreases markedly. There are three
strengthening mechanisms in experimental alloys: precipitation strengthening, fine
grain strengthening, substructure strengthening. Of all three strengthening
mechanisms, the former plays more important role than the latter two. In the
meanwhile, The effects of Er on anisotropy of Al-Li alloys were also preparatory
discussed in this paper. The experimental results indicated that adding a certain
amount of Er addition into alloys 1420 could reduce the anisotropy of mechanical
properties. The decrease is caused by the pinning effect of dispersed and fine Al3Er
precipitates on dislocation and subgrain boundary. This pinning effect could block
movement of dislocation and decrease the tendency for conplane slip, thereby weaken
anisotropy in this alloy.
In a word, The effect is main caused by the existing of Al3Er particles and other
complex phase. These phases would have effect on melt freezing, dislocation
transferring and coplanar slip of Al-Li alloy. The results above-mentioned show that
Er is an effective trace element for Al-Li alloy, the addition of 0.2wt% Er will make
experimental alloys have more excellent complex properties.
本文采用传统的铸锭冶金法制备了含不同量 Er 的 1420Al-Li 合金，借助各
种测试分析手段，研究了不同含量 Er 对铝锂合金在不同状态（铸态、时效态）
下的力学性能与微观组织的影响，深入分析了 Er 在合金中的存在形式、与合金
元素的交互作用、对合金的强化机理。此外，本文还初步探讨了 Er 对 Al-Li 合
金各向异性的影响。结果表明：
Er 含量低于 0.2%时，对 Al-Li 合金的铸态晶粒尺寸几乎没有影响，当 Er 含
量达 0.2%及以上时，晶粒细化效果非常显著。不同量 Er 可不同程度地提高实验
合金在时效状态下的的硬度与强度。当 Er 含量为 0.2%时，Er 能较大幅度地提高
合金强度（5～40%）而塑性略有降低；继续提高 Er 含量，强度无明显提高但塑
性下降较为明显。Er 对合金的强化机制主要有三种，即第二相析出强化、细晶
强化和亚结构强化，其中前者的强化效应较大，后两者的强化效应相对较小。Er
元素还可以降低 Al-Li 合金屈服强度的各向异性，这主要是因为添加 Er 元素生
成的次生的 Al3Er 相对位错起到强烈的钉扎作用，影响了位错的运动，阻止严重
的共面滑移，从而提高了合金的均匀变形能力，降低了合金的各向异性。
总之，1420 合金添加稀土元素 Er 后会生成 Al3Er 相，这种相对合金凝固形
核、位错运动、导致合金各向异性的共面滑移都将产生一定的作用。研究结果表
明，Er 是 Al-Li 合金的有效微量元素，添加名义成分为 0.2%的 Er，可使实验合
金具有较好的综合性能。
Al-Li alloys containing different percent of Er were prepared with cast
Metallurgy processing in this paper. By means of many experimental techniques such
as TEM, SEM, XRD, EDS, and so on, effects of Er on microstructure and mechanical
properties of 1420 Al-Li alloys under different states (as-cast, aged) were investigated.
The existing forms and interactions with alloying elements of Er in Al-Li alloys, the
strengthening of Al-Li-0.2Er alloy were profoundly studied. Moreover, the effects of
Er on anisotropy of Al-Li alloys were preparatory discussed. The results are as
follows:
There are seldom effects of Er on the size of grain when Er additions are less
than 0.2wt%, but the grain will be refined significantly when Er additions are 0.2wt%
or more. The addition of different content Er was found to improve the mechanical
properties (strength and hardness) of experimental alloys to different extent. When Er
additions were 0.2wt%, the strength was considerably improved（5～40%） while the
ductility keeps stable or decreases slightly. With the increase of Er additions, the
strength keeps stable but the ductility decreases markedly. There are three
strengthening mechanisms in experimental alloys: precipitation strengthening, fine
grain strengthening, substructure strengthening. Of all three strengthening
mechanisms, the former plays more important role than the latter two. In the
meanwhile, The effects of Er on anisotropy of Al-Li alloys were also preparatory
discussed in this paper. The experimental results indicated that adding a certain
amount of Er addition into alloys 1420 could reduce the anisotropy of mechanical
properties. The decrease is caused by the pinning effect of dispersed and fine Al3Er
precipitates on dislocation and subgrain boundary. This pinning effect could block
movement of dislocation and decrease the tendency for conplane slip, thereby weaken
anisotropy in this alloy.
In a word, The effect is main caused by the existing of Al3Er particles and other
complex phase. These phases would have effect on melt freezing, dislocation
transferring and coplanar slip of Al-Li alloy. The results above-mentioned show that
Er is an effective trace element for Al-Li alloy, the addition of 0.2wt% Er will make
experimental alloys have more excellent complex properties.
引文
参考文献
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