Al--Zn--Mg--Cu--Zr--(Sc)合金的蠕變時(shí)效硬化行為及力學(xué)性能研究.pdf

1、Al-Zn-Mg-Cu-Zr系合金是目前應(yīng)用較為廣泛的高強(qiáng)、高韌鋁合金，是飛機(jī)制造等領(lǐng)域不可缺少的結(jié)構(gòu)材料。向Al-Zn-Mg-Cu-Zr系合金中添加少量的Sc可顯著改善合金的力學(xué)性能。蠕變時(shí)效成形是一項(xiàng)新的成形加工技術(shù)，特別適用于具有復(fù)雜彎曲外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的飛機(jī)機(jī)翼及整體壁板的成形制造，具有很好的發(fā)展前景。然而，該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中還有許多問題需要研究。為此，本文作者制備了三種不同Sc含量的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金板材，并通過三

2、點(diǎn)彎曲加載方式對合金板材進(jìn)行120℃蠕變時(shí)效，對比研究了Sc、應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)對合金的蠕變時(shí)效硬化行為、回彈現(xiàn)象、拉伸性能及其各向異性的影響，對Sc及蠕變時(shí)效對合金的疲勞性能的影響也進(jìn)行了初步研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)利用金相顯微鏡和掃描電鏡對制備合金的鑄態(tài)、均勻化及擠壓態(tài)組織進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:向Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中添加少量Sc，可使合金的鑄態(tài)組織由粗大的枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的等軸晶，且隨Sc含量的增加，

3、合金組織更細(xì)小;均勻化處理可以消除合金中的枝晶偏析，但晶粒仍保持均勻細(xì)小分布;擠壓變形使合金晶粒沿?cái)D壓方向變?yōu)槔w維狀，而垂直于擠壓方向仍為均勻的等軸晶。
　　(2)對比研究了Sc、應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)對Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金蠕變時(shí)效硬化行為的影響。結(jié)果表明，向Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中添加少量的Sc，可以提高合金的初始硬度和峰值硬度;與無應(yīng)力時(shí)效相比，蠕變時(shí)效降低了合金的時(shí)效硬度。在拉應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行蠕變時(shí)效時(shí)，合金的時(shí)

4、效硬度均高于壓力狀態(tài)下進(jìn)行蠕變時(shí)效的合金;應(yīng)變狀態(tài)對合金蠕變時(shí)效硬化行為有一定影響。在彈塑應(yīng)變狀態(tài)下進(jìn)行蠕變時(shí)效時(shí)，合金的初始硬度明顯高于在彈性應(yīng)變狀態(tài)下進(jìn)行蠕變時(shí)效的合金，但合金的時(shí)效硬化速率相對較低，當(dāng)達(dá)到峰值時(shí)效時(shí)，合金的峰值硬度與彈性應(yīng)變狀態(tài)下進(jìn)行蠕變時(shí)效合金的峰值硬度沒有明顯差別。
　　(3)對Sc和應(yīng)變狀態(tài)對蠕變時(shí)效Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金板材的回彈現(xiàn)象的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，含Sc的Al-Zn-Mg-Cu

5、-Zr合金板材在蠕變時(shí)效后具有較高的回彈率;在彈塑性應(yīng)變狀態(tài)下進(jìn)行蠕變時(shí)效時(shí)，合金板材的回彈率明顯低于彈性應(yīng)變狀態(tài)下進(jìn)行蠕變時(shí)效的合金。
　　(4)研究了Sc及蠕變時(shí)效對Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的拉伸性能及其各向異性的影響。結(jié)果表明，加Sc對無應(yīng)力時(shí)效和蠕變時(shí)效Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的拉伸性能均有一定的改善作用;與無應(yīng)力時(shí)效合金相比，蠕變時(shí)效合金的拉伸性能有所降低;無應(yīng)力時(shí)效和蠕變時(shí)效合金的拉伸性能均表現(xiàn)出明顯的

6、各向異性。加Sc對改善合金拉伸性能的各向異性沒有明顯作用;不同的應(yīng)變狀態(tài)對蠕變時(shí)效合金拉伸性能各向異性的影響有所不同，彈性應(yīng)變狀態(tài)對合金拉伸性能各向異性沒有明顯影響，但在彈塑性應(yīng)變狀態(tài)下進(jìn)行蠕變時(shí)效，可顯著降低合金拉伸性能的各向異性。
　　(5)研究Sc和蠕變時(shí)效對Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金疲勞性能的影響。結(jié)果表明;Sc可在一定程度上改善Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的疲勞性能，且適當(dāng)增加Sc含量，有利于提高合金的疲勞壽命