Zr元素在铝合金中的作用

Zr是铝合金中重要的微合金化元素，凝固过程中，Zr会固溶在铝基体中，由于Zr的固溶度较低，因此，Zr在铝合金中的加入量一般在0.08-0.25%。固溶的Zr元素会在后期的热处理过程中析出纳米级L12-Al3Zr亚稳相，该亚稳相与铝基体呈良好的共格关系，可以有效抑制合金挤压、锻造等热加工过程中的再结晶，保留变形组织，提高合金的力学性能、耐腐蚀性能等。

一般来说L12-Al3Zr亚稳相尺寸越小，其抑制再结晶的作用越大。但是Al3Zr在400℃以上就容易粗化，甚至转变成稳定的DO23-Al3Zr相，随着粗化程度加大或者转变成稳定相，其抑制再结晶的作用也逐渐减弱，因此，热处理温度是影响Zr元素作用的关键因素。

5xxx铝镁合金的热加工温度窗口较大，可以控制热加工温度在400℃左右，充分发挥Zr元素的作用；7xxx铝锌镁合金的固溶和退火温度为470℃左右，L12-Al3Zr会有一定程度的粗化，但其抑制再结晶的能力依然较好，因此，Zr成为7xxx合金中的重要合金化元素；而对于2xxx铝铜合金和6xxx铝镁硅合金，其退火和固溶温度通常超过500℃，此时，Al3Zr相的粗化严重，抑制再结晶的作用很弱，因此，添加Zr元素的2xxx和6xxx合金较少。