Al-Zn-Mg-Cu合金時(shí)效成形機(jī)理及組織性能研究.pdf

1、時(shí)效成形技術(shù)是一種先進(jìn)的整體壁板制造技術(shù),廣泛地應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。本文主要研究?jī)?nèi)容包括:研究了Al-Zn-Mg-Cu合金在120°C、160°C和200°C的應(yīng)力松弛行為,以此獲得該合金時(shí)效成形過程中的變形機(jī)理;利用自己設(shè)計(jì)的單曲率圓柱面模具對(duì)鋁合金軋板進(jìn)行了實(shí)際的時(shí)效成形加工;運(yùn)用EBSD、SEM、TEM(HRTEM)、DSC等技術(shù)分析了該鋁合金在時(shí)效成形過程中的微觀組織變化;比較了經(jīng)過傳統(tǒng)時(shí)效和時(shí)效成形處理后鋁合金試樣內(nèi)微觀組織的

2、區(qū)別;比較了傳統(tǒng)時(shí)效鋁合金試樣和時(shí)效成形鋁合金試樣的力學(xué)性能和腐蝕性能的區(qū)別;討論了時(shí)效成形引起得鋁合金微觀組織的變化對(duì)該合金力學(xué)性能和腐蝕性能的影響,以此推論出時(shí)效成形技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。得到以下研究成果:
　　Al-Zn-Mg-Cu合金的應(yīng)力松弛行為可以分為三個(gè)階段:a)應(yīng)力快速下降階段;b)應(yīng)力緩慢衰減階段;c)應(yīng)力保持相對(duì)恒定階段。Al-Zn-Mg-Cu合金應(yīng)力松弛行為受到溫度和原始組織的影響顯著。應(yīng)力松弛極限隨著溫度的升高而降低

3、;在相同溫度下不同原始組織Al-Zn-Mg-Cu合金應(yīng)力松弛極限的順序?yàn)?固溶態(tài)<欠時(shí)效態(tài)<峰時(shí)效態(tài)<過時(shí)效態(tài)。通過分析Al-Zn-Mg-Cu合金應(yīng)力松弛行為的特征和求解剩余應(yīng)力率的泰勒解析式得到該合金在120°C-200°C范圍內(nèi)的應(yīng)力松弛經(jīng)驗(yàn)公式,利用該經(jīng)驗(yàn)公式能很好地預(yù)測(cè)時(shí)效成形后試樣的回彈率。
　　Al-Zn-Mg-Cu合金在120°C-200°C范圍內(nèi),應(yīng)力松弛的不同階段存在不同的變形機(jī)理:當(dāng)應(yīng)力松弛處于高應(yīng)力階段時(shí),合

4、金的變形激活能為132kJ/mol,變形機(jī)制為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)蠕變;當(dāng)應(yīng)力松弛處于處于低應(yīng)力階段時(shí),合金的變形激活能為91kJ/mol,變形機(jī)制為晶界滑移的Coble蠕變。該合金在120°C-200°C范圍內(nèi)應(yīng)力松弛,析出相與位錯(cuò)蠕變的交互作用產(chǎn)生特殊的檻應(yīng)力現(xiàn)象。該檻應(yīng)力隨著溫度的升高而降低,隨著析出相的尺寸增大而增大。確定了Al-Zn-Mg-Cu合金時(shí)效成形過程中的變形機(jī)制。
　　Al-Zn-Mg-Cu合金在120°C-200°C溫度

5、范圍內(nèi)進(jìn)行時(shí)效成形,變形過程中的位錯(cuò)蠕變和Coble蠕變導(dǎo)致合金內(nèi)晶粒形貌和取向的變化。晶粒沿著應(yīng)力方向拉長(zhǎng),并朝著穩(wěn)定的取向轉(zhuǎn)動(dòng),生成變形織構(gòu)。
　　時(shí)效成形過程中外加應(yīng)力促使析出相形核長(zhǎng)大,晶界無析出帶變寬,這是由于外加應(yīng)力場(chǎng)能夠降低析出相的形核能,同時(shí)促進(jìn)固溶原子的擴(kuò)散。但是應(yīng)力促進(jìn)析出的效果隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸減弱,這歸因于時(shí)效成形過程中外加應(yīng)力隨著時(shí)間延長(zhǎng)不斷衰減。與Al-Cu系合金時(shí)效成形相比,在Al-Zn-Mg-Cu合

6、金時(shí)效成形過程中沒發(fā)現(xiàn)析出相的應(yīng)力位向效應(yīng)。
　　時(shí)效成形試樣與傳統(tǒng)時(shí)效試樣的室溫拉伸性能的對(duì)比分析表明:時(shí)效成形會(huì)降低Al-Zn-Mg-Cu合金的延伸率。經(jīng)過時(shí)效成形處理后Al-Zn-Mg-Cu合金的晶粒沿著應(yīng)力方向拉長(zhǎng),導(dǎo)致晶粒尺寸不均勻,產(chǎn)生局部塑性變形和殘余應(yīng)力,這四個(gè)因素共同作用導(dǎo)致合金變形協(xié)調(diào)性下降,延伸率降低。時(shí)效成形降低合金的延伸率與傳統(tǒng)冷加工工藝降低合金延伸率的原因類似,但是程度要輕很多。利用回歸再時(shí)效(RRA)

7、方法改進(jìn)的時(shí)效成形工藝能夠提高Al-Zn-Mg-Cu合金的力學(xué)性能。
　　剝落腐蝕,浸泡腐蝕試驗(yàn)都顯示時(shí)效成形處理后Al-Zn-Mg-Cu合金的抗腐蝕能力低于同條件下的傳統(tǒng)時(shí)效的合金。時(shí)效成形降低Al-Zn-Mg-Cu合金腐蝕抗力的原因是:時(shí)效成形生成的扁長(zhǎng)晶粒、部分異常粗大的晶粒提高了合金的沿晶腐蝕敏感性;時(shí)效成形過程中外加應(yīng)力場(chǎng)促使析出相粗化和晶界無析出帶(PFZ)的寬化,引起晶界處化學(xué)成分起伏嚴(yán)重,電勢(shì)差異加劇,從而也增高了