Al-Mg-Mn和Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金板材應用性能及其相關(guān)基礎研究.pdf

1、采用半連續(xù)鑄錠冶金方法制備了Al-Mg-Mn、Al-Mg-Mn-Sc-Zr兩種合金板材，并且還制備了Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金的含Sc、Zr的配用焊絲。以Al-Mg-Mn和Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金板材為研究對象，采用比較研究法并利用金相顯微鏡、透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡探索了合金板材的應用性能及相應的微觀機理。為用戶全面認識Al-Mg-Mn和Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金的應用性能，提供科學的實驗和理論依據(jù)。主要研究

2、了合金板材力學性能平面各向異性、超塑拉伸特性、疲勞特性、耐蝕特性、電化學阻抗譜、焊接特性及相應的微觀機理。得到了以下重要結(jié)論： (1) Al-Mg-Mn合金冷軋一退火成品板材具有{110}<112>軋制織構(gòu)和{100}<001>再結(jié)晶織構(gòu)組態(tài)，立方再結(jié)晶織構(gòu)的出現(xiàn)降低了Al-Mg-Mn合金的平面各向異性。Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金中的彌散析出相Al3(Sc1-xZrx)粒子，抑制了冷軋后退火過程中的再結(jié)晶和立方織構(gòu){100

3、}<001>的形成，其平面各向異性指標IPA90比Al-Mg-Mn合金大。 (2)在相同超塑變形溫度和初始應變速率下，Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金斷裂延伸率大于Al-Mg-Mn合金的斷裂延伸率。且Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金還表現(xiàn)出低溫高速超塑特性，微量Sc和Zr的添加降低了合金的超塑形變激活能，改善了合金的超塑特性。 (3)兩種合金超塑形變的主要機制是由動態(tài)再結(jié)晶、位錯運動、晶界擴散、液相、細絲和空洞等協(xié)調(diào)的晶

4、界滑移和晶粒轉(zhuǎn)動。微量Sc、Zr的添加導致了低流變應力，液相、細絲、空洞更趨均勻分布，有利于晶界滑移和晶粒轉(zhuǎn)動。 (4)微量Sc和Zr的添加大大提高了Al-Mg-Mn合金的疲勞強度和疲勞壽命。Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金和Al-Mg-Mn合金在107次循環(huán)下的疲勞強度分別是150MPa和123MPa。Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金和Al-Mg-Mn合金的疲勞裂紋擴展速率均隨應力比R的增加而增加。 (5) Al-Mg

5、-Mn-Sc-Zr合金比Al-Mg-Mn合金具有較高的疲勞壽命和疲勞強度，但Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金的宏觀裂紋擴展速率較高。Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金的扁平狀晶粒組織、大量細小Al3(Sc1-xZrx)粒子、高密度的位錯和晶界、位錯運動的高摩擦阻力能有效地阻止微裂紋的形核和擴展，這是它具有較高的疲勞強度和疲勞壽命的主要原因。而粗晶的Al-Mg-Mn合金的粗糙度誘發(fā)和塑變區(qū)誘發(fā)裂紋閉合效應的共同作用強于Al-Mg-Mn-Sc

6、-Zr合金中的細晶和Al3(Sc1-xZrx)粒子對宏觀裂紋擴展的阻礙作用，所以Al-Mg-Mn合金具有較高的抗宏觀裂紋擴展特性。 (6)A1-Mg-Mn-Sc-Zr合金剝落腐蝕敏感性比Al-Mg-Mn合金高。為獲得強度、塑性和耐剝蝕性能的理想組合，需要選擇合理的退火工藝，減少或消除β相在晶間的網(wǎng)膜分布。 (7)由動電位極化曲線分析得到的極化電阻、腐蝕電流密度、腐蝕速率可以反映合金耐蝕性能的高低，其結(jié)果和剝落腐蝕浸泡試驗

7、結(jié)果一致。 (8)A1-Mg-Mn-Sc-Zr和A1-Mg-Mn合金在坑蝕誘導期的奈奎斯特圖由一壓縮的高中頻容抗弧和一低頻感抗弧組成，兩個容抗弧的出現(xiàn)標志坑蝕的開始。Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金阻抗譜上感抗弧的消失和兩個時間常數(shù)的出現(xiàn)比Al-Mg-Mn合金早些。Al-Mg-Mn-Sc-Zr和A1-Mg-Mn合金坑蝕發(fā)展期的奈奎斯特圖由兩個重疊的容抗弧構(gòu)成，依據(jù)蝕坑結(jié)構(gòu)和電化學原理設計了等效電路圖，對坑蝕發(fā)展期的電化學阻抗譜進

8、行了擬合，試驗結(jié)果和擬合數(shù)據(jù)一致，表明可以采用快速無損的電化學阻抗譜技術(shù)研究合金的腐蝕程度。 (9)在摩擦攪拌焊和氬弧焊條件下，12mm厚Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金熱軋板焊接接頭的抗拉強度、延伸率和焊接系數(shù)分別為382MPa、20.3％、96.5％和328MPa、10.7％、82.8％；2mm厚Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金冷軋-退火板焊接接頭的抗拉強度、延伸率和焊接系數(shù)分別為391MPa、10.9％、92.49％和36

9、5MPa、10.2％、86.3％。可見摩擦攪拌焊能夠顯著提高Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金板材焊接接頭的力學性能。 (10)摩擦攪拌焊焊接接頭中沒有發(fā)現(xiàn)氬弧焊焊接接頭中常見的熱裂紋和氣孔等焊接缺陷，摩擦攪拌焊焊核區(qū)發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶，形成了細小的等軸晶粒組織，晶粒直徑大約為1-3μm，熱機影響區(qū)內(nèi)仍然可見大量位錯亞結(jié)構(gòu)和第二相粒子Al3(Sc，Zr)。而氬弧焊焊縫為凝固組織，晶粒組織粗大，熱影響區(qū)內(nèi)位錯亞結(jié)構(gòu)消失，第二相粒子Al