5A30与5083铝合金型材应力腐蚀行为的对比研究

摘要

本文采用慢应变速率拉伸（SSRT）法研究了5A30及5083铝合金型材的应力腐蚀开裂（SCC）行为并评定了它们的SCC敏感性。借助SEM、TEM、OM、EDS、XRD、动电位扫描及阳极电流恒载荷拉伸等手段，研究了预变形量、稳定化处理、应变速率、极化电位对两合金型材SCC行为的影响规律；进而对比分析了两合金型材SCC行为的异同；从两合金型材在不同预变形量条件下的显微组织差异，分析了预变形量对两合金型材SCC敏感性影响规律的主要原因；进一步探讨了5xxx系铝合金的SCC机理。主要内容如下： ⑴探明了预变形量、稳定化处理、应变速率、极化电位对5A30与5083铝合金型材SCC敏感性的影响规律。结果表明，预变形量在0～15％范围内，两合金型材的SCC敏感性均随预变形量增加先减小后增大，在预变形量为10％时，SCC敏感性最小；预变形后的稳定化处理显著降低两合金型材的SCC敏感性；应变速率在10-4s-1～10-6s-1范围内，两合金型材的SCC敏感性随应变速率减小而增大；阳极极化显著增加两合金型材的SCC敏感性，阴极极化使其减小。 ⑵探明了5A30与5083铝合金型材在不同条件下的断口形貌。结果表明，两合金型材在空气中的SSRT断口形貌均呈韧窝状，具有明显的韧性断裂特征，而在3.5％NaCl溶液中的SSRT断口形貌呈解理状，具有脆性断裂特征，预变形量在0～15％范围内，断口的脆断特征随预变形量增加先减弱后增强，在预变形量为10％时，脆断特征最小；预变形后的稳定化处理使断口的脆断特征显著减弱；应变速率在10-4s-1～10-6s-1范围内，断口的脆断特征随应变速率减小而增强；阳极极化显著增强断口的脆断特征，阴极极化使其减弱。 ⑶对比分析了5A30与5083铝合金型材慢应变速率拉伸SCC行为的异同。结果表明，相同预变形量及应变速率条件下，5A30铝合金的SCC敏感性高于5083铝合金，5A30铝合金断口的脆断特征更明显，这是因为5A30铝合金的Mg含量较高，表面氧化膜层薄，在含Cl-的环境中更容易发生SCC，但预变量为10％且应变速率为1.0×10-6s-1时，两合金的SCC敏感性极为接近，其断口形貌均呈河流状花样解理特征，断口表面分布大量沿晶及穿晶裂纹，并可以清晰看到解理台阶。 ⑷对比分析了5A30与5083铝合金型材阳极电流恒载荷拉伸SCC行为的异同。结果表明，5083铝合金的自腐蚀电位较5A30铝合金高，5083铝合金更耐蚀，其阳极寿命也更高，预变形量为10％时，5083铝合金的阳极寿命为117h，5A30铝合金的阳极寿命为105h，随预变形量增大，两合金的自腐蚀电位均下降，阳极寿命减小，预变形量为15％时，5083铝合金的阳极寿命为113h，5A30铝合金的在阳极寿命为85h，5083铝合金的表面裂纹多与应力轴向成一定角度，5A30铝合金的表面裂纹多与应力轴垂直，5A30铝合金更容易发生SCC脆性断裂。 ⑸探明了预变形量对5A30与5083铝合金型材显微组织的影响规律，提出了预变形量对两合金型材SCC行为影响的微观机制。结果表明，预变形后基体晶粒α（Al）沿挤压方向发生伸长变形，第二相在α（Al）内部及晶界均有析出，晶内析出相主要为β相，晶界析出相为（FeMn）Al6相与β相，β相沿晶界连续分布是两合金型材SCC敏感性增大的最主要原因。无预变形时，合金的位错密度低，晶界β相局部呈连续分布；预变形量增加至10％时，合金的位错密度升高，晶界β相无连续分布现象；预变形量增加至15％时，产生大量位错缠结，内应力增大，晶界β相局部呈连续分布。 ⑹探讨了5xxx系铝合金的SCC机理。阳极极化显著增强5xxx系铝合金的SCC敏感性，而阴极极化使其减弱，因此5xxx系铝合金在NaCl溶液中的SCC机理属于阳极溶解型，其SCC过程如下：铝合金钝化_应力作用下钝化膜开裂→局部阳极溶解反应形成腐蚀坑→应力与氯离子共同作用下SCC裂纹形核→β相沿晶溶解形成沿晶SCC裂纹→氯离子加速SCC裂纹扩展→失稳断裂。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2应力腐蚀开裂概论

1.2.1应力腐蚀开裂的定义

1.2.2应力腐蚀开裂的特征

1.2.3应力腐蚀开裂的试验方法

1.2.4应力腐蚀开裂的影响因素

1.2.5应力腐蚀开裂的机理

1.3 5XXX系铝合金的应力腐蚀开裂研究现状

1.4本论文的研究目的、内容及技术路线

1.4.1研究目的及意义

1.4.2研究的主要内容

1.4.3技术路线

1.5本章小结

第二章实验方案及过程

2.1材料及实验装置

2.1.1实验材料

2.1.2实验装置

2.2应力腐蚀试验

2.2.1慢应变速率拉伸试验

2.2.2阳极电流恒载荷拉伸试验

2.3极化曲线测试

2.4应力腐蚀敏感性的评价方法

2.4.1应力-应变曲线分析

2.4.2断口形貌分析

2.5显微组织观察及分析

2.5.1光学显微镜(OM)观察

2.5.2透射电镜(TEM)观察

2.5.3 X-ray衍射(XRD)分析

2.5.4扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)分析

2.6本章小结

第三章5083铝合金型材在不同条件下的SCC行为

3.1预变形量对5083铝合金型材SCC行为的影响

3.2稳定化处理对5083铝合金型材SCC行为的影响

3.3应变速率对5083铝合金型材SCC行为的影响

3.4极化电位对5083铝合金型材SCC行为的影响

3.5本章小结

第四章5A30与5083铝合金型材的SCC行为对比

4.1两合金型材的SSRT应力-应变行为对比

4.2两合金型材的SSRT断口形貌对比

4.3两合金型材的动电位极化行为对比

4.4两合金型材的阳极电流恒载拉伸SCC行为对比

4.5本章小结

第五章5A30与5083铝合金型材的SCC机理

5.1两合金型材的显微组织

5.2预变形量对两合金型材显微组织的影响

5.3 5XXX系铝合金的SCC机理

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表论文

致谢