軌道交通用7N01鋁合金的應(yīng)力腐蝕性能研究.pdf

1、7N01鋁合金最早是由日本開發(fā)的軌道交通用高強(qiáng)鋁合金，是軌道車輛的重要承載結(jié)構(gòu)材料，常用于車體底框架橫梁。其具有高強(qiáng)度、良好的熱加工性能及優(yōu)良的焊接性能，但其易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)，會帶來災(zāi)難性的后果。
　　本文主要研究7N01鋁合金的SCC的機(jī)理與影響因素，并通過優(yōu)化合金成分及熱處理工藝，改善合金的顯微組織，達(dá)到提高7N01鋁合金抗SCC性能的目的。
　　采用光學(xué)顯微鏡(OM)、電子掃描顯微鏡(SEM)、能譜儀(ED

2、S)、X射線熒光光譜儀分析了國產(chǎn)及進(jìn)口7N01鋁合金的顯微組織及化學(xué)成分，通過X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行物相分析，采用同步熱分析儀(DSC)進(jìn)行了相變過程分析，采用慢應(yīng)變應(yīng)力腐蝕試驗機(jī)進(jìn)行慢應(yīng)變速率試驗(SSRT)，通過數(shù)字電導(dǎo)率儀、電化學(xué)工作站進(jìn)行電導(dǎo)率與動電位極化曲線測試，采用熱模擬機(jī)研究了鋁合金在高溫加工過程中流變力學(xué)特性與組織演變規(guī)律。
　　實(shí)驗結(jié)果表明，MgZn2是7N01鋁合金的主要強(qiáng)化相，當(dāng)Si含量過高，導(dǎo)致Mg與S

3、i結(jié)合形成Mg2Si相，降低合金的抗拉強(qiáng)度及硬度。含F(xiàn)e、Si雜質(zhì)相含量越少，相間距越大，合金的抗應(yīng)力腐蝕開裂性能越好。合金的再結(jié)晶溫度高，經(jīng)熱加工及熱處理后保持晶粒沿變形方向呈纖維狀有利于提高抗應(yīng)力腐蝕性能。
　　DCB（雙懸臂梁）實(shí)驗結(jié)果表明進(jìn)口合金主要是沿晶開裂及穿晶解理開裂，而國產(chǎn)合金則以沿晶開裂和陽極通道兩種方式產(chǎn)生破裂。SSRT結(jié)果表明國產(chǎn)及進(jìn)口7N01鋁合金在3.5％NaCl溶液、(3.5％NaCl+0.5％H2O2

4、)混合溶液中都具有較高的SCC敏感性，而在(3.5％NaCl+0.5％H2O2)混合溶液中具有更高的SCC敏感性。國產(chǎn)合金在3.5％NaCl溶液及(3.5％NaCl+0.5％H2O2)混合溶液中都具有比進(jìn)口合金更高的SCC敏感性。進(jìn)口和國產(chǎn)7N01鋁合金板材的長橫向比縱向具有更高的SCC敏感性。在7N01鋁合金的應(yīng)力腐蝕敏感速度范圍(10-6～10-7s-1)內(nèi)，國產(chǎn)及進(jìn)口7N01鋁合金的SCC敏感性都隨初始應(yīng)變速率的增大而減少。在(3

5、.5％NaCl+0.5％H2O2)混合溶液中，35℃以上時，隨著溫度的上升，鋁合金的SCC敏感性降低，斷裂時間延長。
　　高溫預(yù)析出工藝(470℃/1h+400℃/30min+120℃/24h)可以明顯提高7N01鋁合金的抗應(yīng)力腐蝕性能，同時提高材料的塑性，但是抗拉強(qiáng)度會有約10％的下降。
　　粗大的含F(xiàn)e、Si雜質(zhì)相的含量及分布方式對7N01鋁合金的應(yīng)力腐蝕開裂具有重要影響。在進(jìn)口及國產(chǎn)板材中，粗大雜質(zhì)相是點(diǎn)蝕裂紋源形成的

6、主要原因，在拉應(yīng)力的作用下，裂紋尖端擴(kuò)展導(dǎo)致SCC的發(fā)生。此外，進(jìn)口板材中的沿晶腐蝕也是開裂的重要因素;而在國產(chǎn)板材中，粗大的第二相主要是沿晶界分布，且間距小，在拉應(yīng)力的作用下，裂紋源沿晶快速擴(kuò)展，并串連成連通的陽極腐蝕通道，形成粗大的裂紋導(dǎo)致合金更快斷裂。擠壓型材的SCC模式并不同于國產(chǎn)及進(jìn)口板材，其主要是滑移溶解導(dǎo)致SCC。
　　Nb元素可以改變粗大雜質(zhì)相在晶界的析出形態(tài)，其在7N01鋁合金中主要以Al3Nb相與Fe2Nb0.

7、3Zr0.7相存在。添加Nb元素能夠抑制Mg2Si相的形成。隨著Nb含量的增加，7N01合金的電導(dǎo)率升高，根據(jù)電導(dǎo)率與應(yīng)力腐蝕的關(guān)系，可以判斷添加元素Nb有助于提高7N01鋁合金的抗應(yīng)力腐蝕性能。
　　國產(chǎn)及進(jìn)口7N01鋁合金的鑄態(tài)試樣熱壓縮變形模擬（溫度:400℃，變形量:50％，應(yīng)變速率:0.1s-1）的結(jié)果表明:在400℃進(jìn)行熱變形時，國產(chǎn)鋁合金會發(fā)生明顯的動態(tài)再結(jié)晶過程;而進(jìn)口合金不發(fā)生再結(jié)晶，表明其具更高的抗再結(jié)晶能力。