孟凡生，張衛(wèi)文，張大童，楊 超，肖志瑜（華南理工大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣州 510640）

Zr對(duì)擠壓鑄造Al-5.0Cu-0.4Mn合金顯微組織和力學(xué)性能的影響

孟凡生，張衛(wèi)文，張大童，楊 超，肖志瑜
（華南理工大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣州 510640）

采用拉伸力學(xué)性能測(cè)試、宏觀腐蝕、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）等，研究不同Zr含量對(duì)擠壓鑄造Al-5.0Cu-0.4Mn合金顯微組織和力學(xué)性能的影響，并與重力鑄造的合金的顯微組織和力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明：針對(duì)鑄態(tài)合金，無論是擠壓鑄造還是重力鑄造，在Zr含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.25%時(shí)，合金獲得最佳的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率；而對(duì)于熱處理態(tài)合金，當(dāng)Zr含量從0增加到0.35%時(shí)，合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度都隨著Zr含量的增加而增加，但伸長(zhǎng)率在Zr含量為0.15%時(shí)達(dá)到最大值。擠壓鑄造可以顯著改善不同Zr含量合金的伸長(zhǎng)率，但對(duì)鑄態(tài)合金伸長(zhǎng)率的提升幅度明顯優(yōu)于熱處理態(tài)合金的。Zr在鑄態(tài)合金中的強(qiáng)化作用主要是細(xì)晶強(qiáng)化，而合金經(jīng)T6熱處理后，固溶強(qiáng)化以及Al3Zr粒子和θ＇相的彌散強(qiáng)化是主要強(qiáng)化機(jī)制，擠壓鑄造可以顯著改善Al3Zr粒子的彌散強(qiáng)化效果。

Al-Cu-Mn合金；擠壓鑄造；力學(xué)性能；顯微組織

鑄造鋁銅合金是一類非常重要的鑄造鋁合金，因其具有強(qiáng)度高、耐熱性能好、加工性能優(yōu)良等特點(diǎn)，在航空、航天、交通、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

微合金化是改善鋁合金性能的重要途徑。其中Zr是變形鋁合金中常見的微量添加元素，有關(guān)研究表明，在鋁合金中添加微量元素Zr能夠細(xì)化晶粒，顯著改善合金的力學(xué)性能。此外，熱處理過程中生成細(xì)小彌散的Al3Zr強(qiáng)化相，能夠釘扎位錯(cuò)，抑制再結(jié)晶，使得合金的性能得到進(jìn)一步提升［1-5］。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)Zr在鋁銅合金中的作用也開展了一些研究，JIA等［6］研究了鑄造Al-Cu合金中Al3Zr的析出行為，發(fā)現(xiàn)亞穩(wěn)Al3Zr析出相在枝晶中部均勻形核析出，而在枝晶間存在螺旋形和長(zhǎng)條形Al3Zr，并且周圍還包圍著球形的細(xì)小Al3Zr析出物，合金中的Cu元素加速Al3Zr沉淀相從L12結(jié)構(gòu)向DO23結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。TSIVOULAS等［7］系統(tǒng)地研究了Zr在Al-Cu-Li合金中的非均勻分布以及 Al3Zr在合金中的析出行為，發(fā)現(xiàn) Zr與亞穩(wěn)的 θ＇相并不反應(yīng)，但與平衡態(tài)的θ相反應(yīng)生成兩種類型的顆粒，一種是θ相內(nèi)僅含有Zr，另一種是θ相內(nèi)同時(shí)含有Zr和Mn，此外Zr也會(huì)出現(xiàn)在Al20Cu2Mn3顆粒中。張?jiān)蒲碌龋?］研究了Al3Zr析出相對(duì)Al-Zn-Mg-Cu合金板組織、織構(gòu)與性能的影響，發(fā)現(xiàn)分級(jí)均勻化可促進(jìn) Al3Zr粒子在晶界區(qū)域的析出，與基體共格的Al3Zr粒子既能阻礙基于應(yīng)力作用的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，又能阻礙亞晶界、晶界的熱激活運(yùn)動(dòng)，影響熱軋過程中的動(dòng)（靜）態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶，提高材料的力學(xué)性能。鮑子成等［9］對(duì)Al3Zr在 Al-7.81Zn-1.62Mg-1.81Cu合金中的析出行為進(jìn)行研究表明，均勻化處理過程中均勻、彌散析出的條狀MgZn2平衡相粒子具有異質(zhì)形核作用，能夠促進(jìn)Al3Zr粒子在晶內(nèi)和晶界均勻析出。大量研究表明，同時(shí)添加Zr和其他微量合金元素可進(jìn)一步提升鋁合金的性能。WANG等［10］的研究發(fā)現(xiàn)：在高M(jìn)g含量的鑄造鋁合金中，同時(shí)添加Sc和Zr有很好的細(xì)化效果，繼續(xù)添加Ti后細(xì)化效果更佳。復(fù)合添加Sc、Zr和Ti導(dǎo)致Al-10Mg合金峰值硬度更高的原因是合金中產(chǎn)生了細(xì)小的析出相Al3（Sc，Zr），Al3（Sc，Ti）和Al3（Sc，Zr，Ti）。PENG等［11］研究表明，在Al-Mg-Mn合金中添加Zr和Sc可以改善合金的超塑性，添加Zr 和Sc合金的伸長(zhǎng)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未添加微量元素合金的，且可以降低合金的超塑性變形激活能。陳康華等［12］針對(duì)Zr、Cr、Pr在Al-Zn-Mg-Cu合金中的復(fù)合作用進(jìn)行研究，結(jié)果表明復(fù)合添加3種元素可形成細(xì)小彌散含Zr的PrCr2Al20彌散相，顯著提高合金的再結(jié)晶抗力，提高合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷裂韌性，改善合金的塑性。

采用先進(jìn)的鑄造工藝也是改善鑄造鋁銅合金性能的重要途徑之一。擠壓鑄造是一種結(jié)合了鑄造和塑性加工特點(diǎn)的短流程、高效、精確成形技術(shù)，常用來制備高性能的材料和零件。前期研究工作表明，采用擠壓鑄造技術(shù)制備的鋁銅合金具有非常優(yōu)異的性能［13-15］，通過添加 Zr等微合金化元素有望進(jìn)一步提升這類擠壓鑄造鋁合金的性能，但目前對(duì)于Zr在鋁合金中的作用主要集中在變形鋁合金中，針對(duì)的合金體系以Al-Zn-Mg系為主，針對(duì)擠壓鑄造Al-Cu合金中的研究還未見報(bào)道。本文作者重點(diǎn)研究微量元素 Zr對(duì)擠壓鑄造Al-5.0Cu-0.4Mn合金的顯微組織與力學(xué)性能的影響，并與重力鑄造的合金進(jìn)行對(duì)比，為進(jìn)一步開發(fā)高性能Al-5.0Cu-0.4Mn合金奠定基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)

合金熔煉在電阻爐的石墨坩堝中進(jìn)行，每次熔煉10 kg。試驗(yàn)原材料為 99.95%高純鋁、Al-50%Cu、Al-10%Mn、Al-10%Zr（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）中間合金。待純鋁熔化后依次加入Al-Cu、Al-Mn和Al-Zr中間合金，合金熔化過程中采用鈉鹽覆蓋，熔化完全后攪拌，并在730 ℃左右進(jìn)行氮?dú)饩珶挸龤猓辖鸬臐沧囟燃s為730 ℃。

擠壓鑄造試驗(yàn)在100 t立式壓機(jī)中進(jìn)行，采用直接擠壓鑄造工藝。模具預(yù)熱溫度為200 ℃，保壓時(shí)間約30 s，擠壓時(shí)的比壓分別為0 MPa和100 MPa，獲得的圓柱形鑄件尺寸為直徑80 mm，高度約100 mm。不同 Zr含量鑄錠成分的光譜分析結(jié)果見表 1。采用540 ℃固溶12 h，175 ℃時(shí)效8 h的熱處理工藝。

在鑄件中心約 30 mm的圓周上采用線切割截取直徑約10 mm的圓棒，加工直徑為5 mm，標(biāo)距為25 mm的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣。拉伸試驗(yàn)在SANS CMT5105型微機(jī)控制萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，拉伸速度 1 mm/min，每種拉伸試樣至少3個(gè)樣品。將鑄件對(duì)開后獲得宏觀腐蝕樣品，宏觀腐蝕劑為 45%HCl、15%HNO3、15%HF和25%H2O（體積分?jǐn)?shù)）的混合溶液。觀察金相組織采用0.5%（體積分?jǐn)?shù)）的HF溶液作為腐蝕劑，金相組織觀察在Quanta 2000型掃描電子顯微鏡（SEM）上進(jìn)行。TEM樣品先采用雙噴減薄，溶液為體積比 3：7的硝酸甲醇溶液，溫度-25 ℃；在JEM-2200FS型上進(jìn)行組織分析，觀察時(shí)的加速電壓為200 kV。

表1 合金的主要化學(xué)成分Table 1 Chemical composition of alloy

圖1 不同壓力和Zr含量的鑄態(tài)合金力學(xué)性能Fig. 1 Mechanical properties of as-cast alloys at different applied pressures and Zr contents： （a） Ultimate tensile strength and yield strength； （b） Elongation

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 合金的力學(xué)性能

不同壓力和 Zr含量鑄態(tài)合金的力學(xué)性能如圖 1所示。由圖1可知：隨著Zr含量的增加，合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率都是先增加后降低。在擠壓壓力為0 MPa時(shí)，當(dāng)Zr由0增加至0.25%時(shí)，合金的抗拉強(qiáng)度由201 MPa增加為218 MPa，增幅為8.5%；合金的屈服強(qiáng)度由102 MPa增加為128 MPa，增幅為25.5%；合金的伸長(zhǎng)率由13.3%增加為16.1%，增幅為21.1%；當(dāng)Zr由0.25%增加至0.35%時(shí)，合金的抗拉強(qiáng)度下降約7%；屈服強(qiáng)度下降約21%，伸長(zhǎng)率下降約18%。擠壓壓力為100 MPa時(shí)，當(dāng)Zr由0增加至0.25%時(shí)，合金的抗拉強(qiáng)度由 201 MPa增加為 226 MPa，增幅為12.4%；合金的屈服強(qiáng)度由105 MPa增加為133MPa，增幅為26.7%，合金的伸長(zhǎng)率由19.3%增加為21.9%，增幅為13.5%；當(dāng)Zr由0.25%增加至0.35%時(shí)，合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別下降約4.0%、12.0%和10.0%。

擠壓鑄造顯著改善了鑄造合金的力學(xué)性能，特別是合金的伸長(zhǎng)率。如當(dāng)Zr含量為0.25%時(shí)，100 MPa下的合金抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分布比重力鑄造下的合金提高了3.7%、3.9%和36.0%。

不同壓力和 Zr含量熱處理態(tài)合金的力學(xué)性能如圖2所示。當(dāng)Zr含量由0增加至0.25%時(shí)，無論是擠壓鑄造還是重力鑄造，合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度都有一定的上升，如 0 MPa合金的抗拉強(qiáng)度由 386 MPa增加到402 MPa，增幅為4.1%，屈服強(qiáng)度由301 MPa增加為312 MPa，增幅為3.6%；100MPa合金的抗拉強(qiáng)度由388 MPa增加為408 MPa，增幅為5.1%，屈服強(qiáng)度由302 MPa增加為315 MPa，增幅為4.3%。當(dāng)繼續(xù)增加Zr含量到0.35%，合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度變化不明顯。隨Zr含量的增加，無論是擠壓鑄造還是重力鑄造，合金的伸長(zhǎng)率均呈現(xiàn)拋物線變化，但伸長(zhǎng)率的最大值出現(xiàn)在Zr含量為0.15%時(shí)。繼續(xù)增加Zr含量，合金的伸長(zhǎng)率顯著下降，如當(dāng)Zr含量由0.15%增加到 0.35%時(shí)，重力鑄造合金的伸長(zhǎng)率從16.9%降低到13.4%，降幅為20.7%；100 MPa擠壓鑄造合金的伸長(zhǎng)率從17.3%降低到15.1%，降幅為12.7%。

圖2 不同壓力和Zr含量的熱處理態(tài)合金力學(xué)性能Fig. 2 Mechanical properties of heat-treated alloys at different applied pressures and Zr contents： （a） Ultimate tensile strength and yield strength； （b） Elongation

2.2 合金的宏觀組織

圖3所示為不同壓力和Zr含量鑄態(tài)Al-5.0Cu-0.4Mn合金的宏觀腐蝕形貌。從圖3可見，在相同壓力下，合金組織隨著Zr含量的增加而不斷細(xì)化，當(dāng)Zr含量低于0.15%時(shí)，合金組織邊部可見明顯的柱狀晶區(qū)，當(dāng)Zr含量達(dá)到0.25%時(shí)，邊部柱狀晶基本消失。在相同Zr含量下，擠壓鑄造合金的晶粒度明顯小于重力鑄造合金的晶粒度。對(duì)距離鑄錠表面 10 mm的圓周處測(cè)量不同壓力和Zr含量合金的平均晶粒大小，結(jié)果如表2所列。從表2可見，當(dāng)Zr含量為0.35%、擠壓壓力為100 MPa時(shí)，合金的組織最細(xì)小，晶粒度達(dá)到30 μm，遠(yuǎn)小于未添加Zr的重力鑄造合金的晶粒度（1500 μm）。

2.3 合金的顯微組織

圖4所示為Zr含量為0.25%時(shí)，不同狀態(tài)的拉伸樣品縱向斷口的微觀組織形貌。從圖4中可見，針對(duì)鑄態(tài)合金（見圖4（a）和（b）），基體上分布大量的θ（Al2Cu）相與T（Al20Cu2Mn3）相，圖4（a）中這些相分布較為分散，在靠近斷口的部分出現(xiàn)了斷裂；圖4（b）中這些相的密度明顯較大，且大部分出現(xiàn)了斷裂。圖4（c）和（d）所示為熱處理態(tài)的縱向斷口形貌，θ與T相都已經(jīng)固溶進(jìn)α（Al）基體中。圖5所示為Zr含量為0.35%時(shí)不同狀態(tài)的拉伸樣品縱截面的顯微組織形貌。從圖5可見，針對(duì)鑄態(tài)合金，基體上除大量分布的θ相與T相外，還出現(xiàn)了一定數(shù)量隨機(jī)分布的亮白色塊狀相，該相生長(zhǎng)方向性較強(qiáng)，棱角較尖銳，長(zhǎng)寬比較大，長(zhǎng)度在10～50 μm之間，由于是拉伸樣品，在這些相中大部分出現(xiàn)了斷裂，如圖5（a）和（b）中的箭頭所示。對(duì)該亮白色塊狀相進(jìn)行能譜分析，Al與 Zr摩爾比為72：28，結(jié)合文獻(xiàn)［16-17］的分析可知，當(dāng)鋁合金中的Zr含量過高或者采用不同的熔煉澆鑄工藝，容易導(dǎo)致Zr元素的偏聚；在Zr含量超過0.3%時(shí)，將導(dǎo)致生成粗大的枝狀初生Al3Zr相，是鑄造過程中由于Zr含量過高生成的一次Al3Zr相。合金經(jīng)過T6熱處理態(tài)后，θ相與T已經(jīng)完全溶解固溶到α（Al）基體中，但白色的塊狀相仍然存在，其大小和形貌與鑄態(tài)合金沒有明顯區(qū)別，能譜分析Al與Zr摩爾比為75：25，判定其仍為鑄態(tài)合金中生成的一次Al3Zr相，如圖5（c）和（d）中箭頭所示。對(duì)比擠壓鑄造和重力鑄造的合金，白色塊狀相的尺寸略有減小。

圖6所示為不同Zr含量和不同擠壓壓力下T6熱處理合金基體中的第二相形貌。當(dāng)合金中Zr含量低于0.25%時(shí)，無論是擠壓鑄造還是重力鑄造的合金，基體中只存在彌散分布的θ＇相，沒有出現(xiàn)球狀的第二相。當(dāng)Zr含量達(dá)到0.25%后，合金基體內(nèi)出現(xiàn)了一定數(shù)量的球狀第二相，能譜分析該球狀相中 Al、Cu、Zr的摩爾比為 84：4：12，結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)［18-19］可認(rèn)定該相為次生的Al3Zr相。從圖6還發(fā)現(xiàn)，擠壓鑄造條件下的合金中Al3Zr粒子直徑約為40～60 nm，而重力鑄造下的合金中Al3Zr粒子呈線性排列，直徑約為70～100 nm，可見，擠壓鑄造條件下的合金中Al3Zr粒子的尺寸比重力鑄造下合金的更細(xì)小，分布也更加均勻。當(dāng)Zr含量從 0.25%變化到 0.35%時(shí)，對(duì)合金基體中的Al3Zr粒子數(shù)量影響不大。

圖3 不同Zr含量和擠壓壓力下合金的宏觀腐蝕形貌Fig. 3 Macrostructures of ingots solidified at different pressures and Zr contents： （a） 0 MPa， 0Zr； （b） 0 MPa， 0.15%Zr； （c） 0 MPa，0.25%Zr； （d） 0 MPa， 0.35%Zr； （e） 100 MPa， 0%Zr； （f） 100 MPa， 0.15%Zr； （g） 100 MPa， 0.25%Zr； （h） 100 MPa， 0.35%Zr

表2 不同壓力和Zr含量合金晶粒大小Table 2 Grain sizes of alloys at different pressures and Zr contents

3 分析與討論

在鑄態(tài)Al-5.0Cu-0.4Mn合金中，無論是重力鑄造還是擠壓鑄造，添加不超過0.25%的Zr元素會(huì)使得合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率都得到提升，其主要原因是Zr對(duì)鑄態(tài)合金的晶粒細(xì)化作用，且當(dāng)Zr含量為 0.25%時(shí)晶粒細(xì)化效果最顯著，故 Zr含量為0.25%時(shí)獲得最佳的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。當(dāng)繼續(xù)增加Zr含量（如0.35%Zr），雖然合金的晶粒變得更細(xì)小，但由于Zr含量超過其在Al合金中的固溶度，容易在枝晶間生成粗大的塊狀初生Al3Zr相（見圖5），這種相在樣品拉伸過程中容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，形成早期的斷裂源，惡化材料性能，導(dǎo)致合金強(qiáng)度下降。擠壓鑄造合金由于是在壓力下凝固，能有效消除合金中的鑄造缺陷，如縮孔、縮松等。此外，擠壓壓力下合金的凝固速度加快，這些都有利于晶粒的細(xì)化和組織的致密化，這也是擠壓鑄造合金能夠使得合金伸長(zhǎng)率得到大幅度提升的重要原因。

圖4 含0.25%Zr時(shí)不同狀態(tài)拉伸樣品的顯微組織Fig. 4 Microstructures of tensile samples with 0.25%Zr at different pressures and states： （a） 0 MPa， as-cast； （b） 100 MPa， as-cast；（c） 0 MPa， heat treatment； （d） 100 MPa， heat treatment

圖5 含0.35%Zr時(shí)不同狀態(tài)拉伸樣品的顯微組織Fig. 5 Microstructures of tensile samples with 0.35%Zr at different pressures and states： （a） 0 MPa， as-cast； （b） 100 MPa， as-cast；（c） 0 MPa， heat treatment； （d） 100 MPa， heat treatment

圖6 不同Zr含量和壓力下T6熱處理合金基體中的第二相形貌Fig. 6 Second phase morphologies of alloys by T6 treatment with different Zr contents and at different pressures： （a） 0 MPa， 0.25Zr；（b） 0 MPa， 0.35Zr； （c） 100 MPa， 0.25Zr； （d） 100 MPa， 0.35Zr

含Zr的Al-5.0Cu-0.4Mn合金經(jīng)過T6熱處理后，當(dāng)Zr含量從0增加到0.35%時(shí)，合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度都隨著Zr含量的增加而增加，但增幅最明顯的區(qū)間是添加 0～0.25%Zr的區(qū)間。其原因在于Al-5.0Cu-0.4Mn合金經(jīng)過固溶+峰值時(shí)效處理（T6）后，低Zr含量的合金中，Zr主要以固溶狀態(tài)存在于α（Al）基體中，固溶強(qiáng)化起主要作用，由于Zr在α（Al）中的固溶度較小，固溶強(qiáng)化對(duì)合金的性能提升有限。隨著Zr含量的增多，在合金 α（Al）基體內(nèi)將析出次生的Al3Zr粒子，這種二次析出的亞穩(wěn)Al3Zr粒子與α（Al）的錯(cuò)配度僅0.8%，是一種非常有效的強(qiáng)化彌散體，能夠明顯提升合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。雖然這種Al3Zr粒子的大量出現(xiàn)有利于合金的強(qiáng)化，但對(duì)合金的伸長(zhǎng)率是不利的，因此，合金在伸長(zhǎng)率在 Zr含量為0.15%時(shí)達(dá)到峰值。當(dāng)Zr含量超過0.25%后，由于合金在鑄態(tài)時(shí)即出現(xiàn)的大塊初生Al3Zr相在熱處理過程中沒有發(fā)生明顯變化，仍存在合金中產(chǎn)生應(yīng)力集中和成為斷裂源，之所以沒有引起合金強(qiáng)度的迅速下降，主要是因?yàn)闊崽幚響B(tài)合金中除了亞穩(wěn)Al3Zr粒子的彌散強(qiáng)化效應(yīng)外，θ＇相的沉淀析出效應(yīng)起了重要作用。從試驗(yàn)結(jié)果可知，熱處理后的擠壓鑄造合金可獲得比重力鑄造合金更優(yōu)異的力學(xué)性能，除了擠壓鑄造使得合金組織致密、消除鑄造宿松等缺陷外，由于合金在壓力下凝固，冷卻速度提升，抑制了Al3Zr粒子的長(zhǎng)大，使得熱處理過程中析出的二次Al3Zr粒子分布更加彌散均勻，這也是熱處理態(tài)擠壓鑄造合金性能得到提升的重要原因之一。

4 結(jié)論

1） 針對(duì)鑄態(tài) Al-5.0Cu-0.4Mn合金，無論是擠壓鑄造還是重力鑄造，在Zr含量為0.25%時(shí)，合金獲得最佳的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率；而對(duì)于熱處理態(tài)合金，當(dāng)Zr含量從0增加到0.35%時(shí)，合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度都隨著Zr含量的增加而增加，但伸長(zhǎng)率在Zr含量為0.15%達(dá)到最大值。

2） 擠壓鑄造可以顯著改善不同Zr含量Al-5.0Cu-0.4Mn合金的伸長(zhǎng)率，但對(duì)鑄態(tài)合金伸長(zhǎng)率的提升幅度明顯優(yōu)于熱處理態(tài)合金的。

3） 添加Zr元素能細(xì)化鑄態(tài)Al-5.0Cu-0.4Mn合金的晶粒，Zr在鑄態(tài)合金中的強(qiáng)化機(jī)制主要是細(xì)晶強(qiáng)化，而合金T6熱處理后，固溶強(qiáng)化以及Al3Zr粒子和θ＇相的彌散強(qiáng)化是合金的主要強(qiáng)化機(jī)制，擠壓鑄造可以顯著改善Al3Zr粒子的彌散強(qiáng)化效果。

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（編輯 龍懷中）

Effect of Zr on microstructures and mechanical properties of squeeze cast Al-5.0Cu-0.4Mn alloy

MENG Fan-sheng， ZHANG Wei-wen， ZHANG Da-tong， YANG Chao， XIAO Zhi-yu
（School of Mechanical and Automotive Engineering， South China University of Technology， Guangzhou 510640， China）

The effect of Zr on the microstructures and mechanical properties of Al-5.0Cu-0.4Mn alloy prepared by squeeze casting was studied by tensile test， macro corrosion test， scanning electron microscopy （SEM）， transmission electron microscopy （TEM）， and took comparative analysis with the gravity cast alloy. The results show that the best tensile strength， yield strength and elongation are obtained for both the squeeze cast and gravity cast alloys in as-cast state when the Zr content is 0.25% （mass fraction）. As for the heat-treated alloys， the tensile strength and yield strength increase when Zr content increases from 0 to 0.35%. However， the elongation reaches the maximum value when Zr content is 0.15%. Squeeze casting can significantly improve the elongation of the alloys with different Zr contents， but the improvement of the elongation of the as-cast alloys is significantly better than that of the heat-treated alloys. The dominant strengthening mechanism of Zr in the as-cast alloy is the grain refinement. However， the solid solution strengthening and dispersive strengthening of Al3Zr particles and θ＇ phase are the main strengthening mechanisms in the alloy after T6 heat treatment. Squeeze casting can significantly improve the dispersion strengthening effect of Al3Zr particles.

Al-Cu-Mn alloy； squeeze casting； mechanical property； microstructure

Project （51374110） supported by the National Natural Science Foundation of China； Project （2015A030312003） supported by the Guangdong Natural Science Foundation for Research Team， China

date： 2015-07-09； Accepted data： 2015-10-30

ZHANg Wei-wen； Tel： +86-13642315239； E-mail： mewzhang@scut.edu.cn

1004-0609（2016）-01-0023-08

TG249.3

A

廣東省自然科學(xué)基金研究團(tuán)隊(duì)資助項(xiàng)目（2015A030312003）；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51374110）；教育部博士點(diǎn)基金資助項(xiàng)目（20120172110045）

2015-07-09；

2015-10-30

張衛(wèi)文，教授，博士；電話：13642315239；E-mail： mewzhang@scut.edu.cn