Al-Zn-Mg-Cu超強鋁合金多相組織調控及對性能的影響.pdf

1、Al-Zn-Mg-Cu系超強鋁合金作為重要的結構材料廣泛應用于航空航天領域和地面運載工具，在國防建設和國民經濟發(fā)展中具有重要作用。但Al-Zn-Mg-Cu超強鋁合金合金元素含量高，鑄錠未溶共晶相多，晶界析出相鏈狀富集，降低了合金的斷裂韌性和腐蝕抗力，限制了其應用潛力的發(fā)揮。發(fā)展高韌耐蝕的Al-Zn-Mg-Cu超強合金具有重要意義。
　　 本文以Al-Zn-Mg-Cu系超強鋁合金為研究對象，采用硬度、拉伸性能、電導率和腐蝕性能(S

2、CC、EXCO、IGC)測試、差熱分析(DSC)、X射線衍射(XRD)、金相(OM)和電子顯微分析方法(SEM、TEM、STEM-HADDF)等多種分析手段，研究了超強鋁合金多相微觀組織的演化，研究了凝固結晶相、晶界析出相和基體形變回復組織的調控及其對超強鋁合金強韌性和腐蝕性能的影響，分析了各種狀態(tài)下合金的強韌性和耐蝕性改善的機理，并研究了新型超強鋁合金半連續(xù)鑄錠和管材擠壓成形。研究結果表明：
　　 1)Al-Zn-Mg-Cu超

3、強合金鑄錠中多相共晶組成相在逐步升溫多級均勻化和固溶過程中的逐漸分離或消失，可以提高合金的液相初始形成溫度和固溶極限溫度，避免出現(xiàn)過渡液相，有效提高合金結晶相的固溶程度。超強鋁合金結晶相斷裂產生的微裂紋與斷裂韌性關系的模型解析和實驗表明，結晶相的體積分數(shù)越高，在相同應力下其斷裂分數(shù)越高；隨著源自結晶相的微裂紋體積分數(shù)的增加，斷裂韌性呈現(xiàn)先明顯降低、后平緩降低的趨勢。逐步升溫多級均勻化和固溶處理減少未溶結晶相數(shù)量，提高了Al-Zn-Mg-

4、Cu合金的斷裂韌性和強度。
　　 2)Al-Zn-Mg-Cu超強合金經465℃高溫預析出處理后，在保持合金峰值時效、雙級時效和三級時效狀態(tài)的強度、塑性的同時，可明顯提高合金的抗應力腐蝕性能，合金晶間腐蝕、剝蝕敏感性降低；隨著預析出溫度降低至455℃，合金強度下降，抗應力腐蝕性能進一步得到改善。經高溫預析出處理后合金晶界析出相明顯粗化、離散分布且Cu含量顯著增加。
　　 3)Al-Zn-Mg-Cu超強合金一般時效處理和高溫

5、預析出處理晶界區(qū)域組成相模擬電極電化學腐蝕行為研究表明，各組成相電極自腐蝕電位從大到小的排列順序不因腐蝕時間長短而發(fā)生變化。一般時效處理的Al-Zn-Mg-Cu合金，無沉淀析出帶(PFZ)和基體電位較正，成為微電池腐蝕的陰極；晶界析出相電位較負，成為微電池腐蝕的陽極。晶界析出相Cu含量增加，電位正移。高溫預析出提高晶界析出相Cu含量，降低了晶界析出相與PFZ和基體間的電位差，是高溫預析出提高Al-Zn-Mg-Cu超強合金應力腐蝕性能的重

6、要原因。
　　 4)Al-Zn-Mg-Cu超強合金中組合添加Zr、Cr和Pr在提高合金硬度、強度、延伸率和斷裂韌性的同時，能顯著改善Al-Zn-Mg-Cu合金的抗應力腐蝕性能、抗剝落腐蝕性能和抗晶間腐蝕性能。在Al-Zn-Mg-Cu超強合金中組合添加Zr、Cr和Pr形成Ll2型含Cr、Pr的Al3Zr和含Zr的PrCr2Al20多元彌散相。含Cr、Pr的Al3Zr和含Zr的PrCr2Al20多元彌散相可有效釘扎位錯和亞晶界，顯著

7、地抑制Al-Zn-Mg-Cu超強合金基體亞晶長大和再結晶，使合金基體保持以小角度晶界為主的形變回復組織。在小角度亞晶界處，析出相呈近似橢球狀離散分布，沒有形成無沉淀析出帶。
　　 5)研究了Al-8.6Zn-2.5Mg-2.2Cu-0.16Zr(wt％)和Al-8.6Zn-2.5Mg-2.2Cu-0.16Zr-0.1Cr-0.14Pr(wt％)超強鋁合金的半連續(xù)鑄錠和管材擠壓成形，兩種合金的鑄造性能和成形性相近，可以實現(xiàn)工程化制

8、備。Al-8.6Zn-2.5Mg-2.2Cu-0.16Zr-0.1Cr-0.14Pr(wt％)合金管材的強度和耐蝕性優(yōu)于Al-8.6Zn-2.5Mg-2.2Cu-0.16Zr(wt％)合金管材，Al-8.6Zn-2.5Mg-2.2Cu-0.16Zr-0.1Cr-0.14Pr(wt％)合金管材抗拉強度σb在690～773 MPa之間，屈服強度σ0.2在642～669 MPa之間，延伸率δ在8.0～9.4％之間，應力腐蝕臨界應力強度因子KI