Al-Zn-Mg-Cu合金時效成形機理及組織性能研究.pdf

1、時效成形技術是一種先進的整體壁板制造技術,廣泛地應用于航空航天領域。本文主要研究內容包括:研究了Al-Zn-Mg-Cu合金在120°C、160°C和200°C的應力松弛行為,以此獲得該合金時效成形過程中的變形機理;利用自己設計的單曲率圓柱面模具對鋁合金軋板進行了實際的時效成形加工;運用EBSD、SEM、TEM(HRTEM)、DSC等技術分析了該鋁合金在時效成形過程中的微觀組織變化;比較了經過傳統時效和時效成形處理后鋁合金試樣內微觀組織的

2、區(qū)別;比較了傳統時效鋁合金試樣和時效成形鋁合金試樣的力學性能和腐蝕性能的區(qū)別;討論了時效成形引起得鋁合金微觀組織的變化對該合金力學性能和腐蝕性能的影響,以此推論出時效成形技術的優(yōu)點。得到以下研究成果:
　　Al-Zn-Mg-Cu合金的應力松弛行為可以分為三個階段:a)應力快速下降階段;b)應力緩慢衰減階段;c)應力保持相對恒定階段。Al-Zn-Mg-Cu合金應力松弛行為受到溫度和原始組織的影響顯著。應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合金應力松弛極限的順序為:固溶態(tài)<欠時效態(tài)<峰時效態(tài)<過時效態(tài)。通過分析Al-Zn-Mg-Cu合金應力松弛行為的特征和求解剩余應力率的泰勒解析式得到該合金在120°C-200°C范圍內的應力松弛經驗公式,利用該經驗公式能很好地預測時效成形后試樣的回彈率。
　　Al-Zn-Mg-Cu合金在120°C-200°C范圍內,應力松弛的不同階段存在不同的變形機理:當應力松弛處于高應力階段時,合

4、金的變形激活能為132kJ/mol,變形機制為位錯運動蠕變;當應力松弛處于處于低應力階段時,合金的變形激活能為91kJ/mol,變形機制為晶界滑移的Coble蠕變。該合金在120°C-200°C范圍內應力松弛,析出相與位錯蠕變的交互作用產生特殊的檻應力現象。該檻應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合金時效成形過程中的變形機制。
　　Al-Zn-Mg-Cu合金在120°C-200°C溫度

5、范圍內進行時效成形,變形過程中的位錯蠕變和Coble蠕變導致合金內晶粒形貌和取向的變化。晶粒沿著應力方向拉長,并朝著穩(wěn)定的取向轉動,生成變形織構。
　　時效成形過程中外加應力促使析出相形核長大,晶界無析出帶變寬,這是由于外加應力場能夠降低析出相的形核能,同時促進固溶原子的擴散。但是應力促進析出的效果隨著時間的延長逐漸減弱,這歸因于時效成形過程中外加應力隨著時間延長不斷衰減。與Al-Cu系合金時效成形相比,在Al-Zn-Mg-Cu合

6、金時效成形過程中沒發(fā)現析出相的應力位向效應。
　　時效成形試樣與傳統時效試樣的室溫拉伸性能的對比分析表明:時效成形會降低Al-Zn-Mg-Cu合金的延伸率。經過時效成形處理后Al-Zn-Mg-Cu合金的晶粒沿著應力方向拉長,導致晶粒尺寸不均勻,產生局部塑性變形和殘余應力,這四個因素共同作用導致合金變形協調性下降,延伸率降低。時效成形降低合金的延伸率與傳統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。利用回歸再時效(RRA)

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