軌道交通用7N01鋁合金的應力腐蝕性能研究.pdf

1、7N01鋁合金最早是由日本開發(fā)的軌道交通用高強鋁合金，是軌道車輛的重要承載結構材料，常用于車體底框架橫梁。其具有高強度、良好的熱加工性能及優(yōu)良的焊接性能，但其易發(fā)生應力腐蝕開裂(SCC)，會帶來災難性的后果。
　　本文主要研究7N01鋁合金的SCC的機理與影響因素，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，達到提高7N01鋁合金抗SCC性能的目的。
　　采用光學顯微鏡(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)及進口7N01鋁合金的顯微組織及化學成分，通過X射線衍射儀(XRD)進行物相分析，采用同步熱分析儀(DSC)進行了相變過程分析，采用慢應變應力腐蝕試驗機進行慢應變速率試驗(SSRT)，通過數(shù)字電導率儀、電化學工作站進行電導率與動電位極化曲線測試，采用熱模擬機研究了鋁合金在高溫加工過程中流變力學特性與組織演變規(guī)律。
　　實驗結果表明，MgZn2是7N01鋁合金的主要強化相，當Si含量過高，導致Mg與S

3、i結合形成Mg2Si相，降低合金的抗拉強度及硬度。含F(xiàn)e、Si雜質(zhì)相含量越少，相間距越大，合金的抗應力腐蝕開裂性能越好。合金的再結晶溫度高，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力腐蝕性能。
　　DCB（雙懸臂梁）實驗結果表明進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結果表明國產(chǎn)及進口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口合金更高的SCC敏感性。進口和國產(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鋁合金的應力腐蝕敏感速度范圍(10-6～10-7s-1)內(nèi)，國產(chǎn)及進口7N01鋁合金的SCC敏感性都隨初始應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。
　　高溫預析出工藝(470℃/1h+400℃/30min+120℃/24h)可以明顯提高7N01鋁合金的抗應力腐蝕性能，同時提高材料的塑性，但是抗拉強度會有約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鋁合金的應力腐蝕開裂具有重要影響。在進口及國產(chǎn)板材中，粗大雜質(zhì)相是點蝕裂紋源形成的

6、主要原因，在拉應力的作用下，裂紋尖端擴展導致SCC的發(fā)生。此外，進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，在拉應力的作用下，裂紋源沿晶快速擴展，并串連成連通的陽極腐蝕通道，形成粗大的裂紋導致合金更快斷裂。擠壓型材的SCC模式并不同于國產(chǎn)及進口板材，其主要是滑移溶解導致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合金的電導率升高，根據(jù)電導率與應力腐蝕的關系，可以判斷添加元素Nb有助于提高7N01鋁合金的抗應力腐蝕性能。
　　國產(chǎn)及進口7N01鋁合金的鑄態(tài)試樣熱壓縮變形模擬（溫度:400℃，變形量:50％，應變速率:0.1s-1）的結果表明:在400℃進行熱變形時，國產(chǎn)鋁合金會發(fā)生明顯的動態(tài)再結晶過程;而進口合金不發(fā)生再結晶，表明其具更高的抗再結晶能力。