热机械处理下Al-5Cu-1.6Mg-0.4Li-0.59Sc合金的析出行为与力学性能强化机制研究

本文系统研究了Al-5Cu-1.6Mg-0.4Li-0.59Sc合金在热机械处理过程中的析出相演化规律及其对力学性能的影响。通过T6热处理（400℃/12 h+490℃/2 h+535℃/1 h+170℃/24 h），合金中形成细密分布的S（Al2CuMg）相、球形Al3Sc相及新型核壳结构析出相，显著提升强度（屈服强度266 MPa，抗拉强度320 MPa），为高性能铝铜镁合金设计提供理论依据。

　　

Material preparation

本研究采用新疆众和的高纯铝（99.9999%）、纯镁（99.99%）以及Al-Cu、Al-Sc和Al-Li中间合金（以高纯铝制备）为原料，通过真空感应熔炼炉制备Al-Cu-Mg-Li-Sc合金。具体流程如下：首先将真空炉抽至10?1 Pa，随后通入0.05 MPa氩气形成保护气氛，防止合金元素氧化。

Microstructures of the as-rolled alloy

图3展示了轧态Al-Cu-Mg-Li-Sc合金的XRD图谱。合金中主要存在α-Al、Al₂Cu、Al₂CuMg和AlCuSc相。未检测到Al₃Sc的衍射峰，这可能源于其含量远低于α-Al。此外，Al₃Sc与α-Al均具有面心立方（FCC）晶体结构且晶格间距相近，可能导致XRD谱中峰位重叠。

Conclusion

本研究系统分析了经热机械处理的Al-5Cu-1.6Mg-0.4Li-0.59Sc合金的析出相演化与力学性能，主要结论如下：

（1）热轧后，合金中第二相主要为多尺度析出相，包括Al₃Sc、AlCuSc、Al₂Cu和Al₂CuMg。

（2）T6热处理后，合金中大量析出细密分布的条状/阶梯状S（Al₂CuMg）相、球形Al₃Sc相，以及两种新型核壳结构析出相：双层结构的(Al,Sc,Cu)/(Al₃Sc)与三层结构的(Al₃Sc, Sc富集Al₂Cu)/(Al₂CuMg)。这些核壳析出相与基体完全共格。力学测试表明，T6处理后合金屈服强度达266 MPa，抗拉强度达320 MPa，较轧态分别提升11.3%和24.0%。