超声铸造对7085铝合金组织、强韧性耐蚀性的影响

摘要

本文采用力学拉伸和硬度测试、剥落腐蚀实验、极化曲线测试、电导率测试和金相(OM)、扫描(SEM)、透射(TEM)电镜等表征与分析方法，运用基于热力学相图计算软件Thermo-Calc、JmatPro和基于密度泛函理论的第一性原理方法，以Al-7.8Zn-1.6Mg-1.8Cu-0.12Zr合金为研究对象，分别进行如下研究:对合金析出相种类、含量及其形成热、结合能、费米能以及弹性常数进行计算，并根据计算结果探讨了析出相对合金耐蚀性能以及强韧性能的影响;超声铸造对合金组织均匀性的影响;超声铸造对合金力学性能和腐蚀性能的影响。得到如下结论:
　　(1)合金中析出相主要为MgZn2，Al2Cu，Al3Zr和α-Al，且其形成均为自发反应的放热过程，稳定性大小为Al3Zr＞Al2Cu＞MgZn2。MgZn2与α-Al费米能值相差最大，最易与α-Al形成微腐蚀电池而导致合金耐蚀性能下降。弹性模量计算结果表明，除MgZn2外，Al3Zr与Al2Cu的杨氏模量均远大于α-Al基体的杨氏模量，两者可直接作为增强增韧硬质颗粒，提升基体强硬度。
　　(2)超声波铸造Al-Zn-Mg-Cu合金能够显著的晶粒细化，均匀组织成分。铸锭经473℃/24h均匀化处理后晶界明晰、平直化。超声铸造有助合金元素的扩散及固溶，在铸态组织的遗传效应下合金铸锭经均匀化、热变形在固溶处理过程中普通铸锭热轧板在470℃/120min处理下硬度最大，超声铸锭热轧板在470℃/90min处理下硬度最大。超声铸造能够加剧合金元素扩散，有助发挥Al3Zr粒子在晶粒细化和抑制合金发生再结晶的作用。
　　(3)对于超声铸造Al-7.8Zn-1.6Mg-1.8Cu-0.12Zr铝合金，与T6状态合金相比，T73状态合金的抗腐蚀性能较好，但强度显著降低，RRA状态的合金强度与T6态合金相当，且抗腐蚀性能显著提高;相对于没有经过超声熔体处理的合金，在超声波的空化、声流和机械振动效应的作用下，铸态合金的合金元素固溶度以及基体空位浓度都增加，在其组织遗传效应的影响下，采用相同时效工艺处理后合金中析出相的分布更加均匀且出现了部分粗化现象，均匀分布的细小析出相对合金的强度有积极影响，粗化的析出相对合金的强度不利，但是能够改善合金的耐腐蚀性能。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的发展及研究现状

1．1．1 Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的发展

1．1．2 Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的热处理

1．1．3 Al-Zn-Mg-Cu系铝合金时效析出相

1．2 超声波熔体处理技术及在Al-Zn-Mg-Cu应用

1．2．1 超声波基本原理

1．2．2 超声熔体处理的发展与应用

1．3 Al－Zn-Mg-Cu系铝合金的腐蚀

1．3．1 点蚀

1．3．2 晶间腐蚀

1．3．3 剥落腐蚀

1．3．4 应力腐蚀

1．4 第一性原理研究简述

1．4．1 薛定谔方程

1．4．2 三大近似

1．4．3 密度泛函理论简介

1．4．4 二相化合物的结构和性能计算

1．5 本文研究内容、目标及意义

2 实验过程及实验方法

2．1 实验合金及工艺路线

2．2 实验合金的熔炼与铸造

2．3 合金的热变形与热处理

2．3．1 铸锭均匀化

2．3．2 合金轧制

2．3．3 固溶处理

2．3．4 时效处理

2．4 性能测试和组织观察

2．4．1 力学性能测试

2．4．2 剥落腐蚀试验

2．4．3 极化曲线测试

2．4．4 电导率测试

2．4．5 透射电镜观察

2．4．6 金相显微分析

2．4．7 扫描电镜观察

2．4．8 DSC差热分析

3 析出相对7085铝合金腐蚀性能和强韧性能影响的理论研究

3．1 计算方法

3．2 计算结果及分析

3．2．1 相平衡计算与平衡相晶体结构

3．2．2 形成热与结合能

3．2．3 费米能级

3．2．4 弹性性质

3．3 本章小结

4 超声铸造对7085铝合金组织均匀性的影响

4．1 实验结果

4．1．1 超声波7085合金铸态显微组织的影响

4．1．2 DSC差热分析实验结果

4．1．3 超声波对7085均匀化态合金显微组织影响

4．1．4 超声铸造对合金力学性能的影响

4．2 分析与讨论

4．3 本章小结

5 超声铸造对7085铝合金强韧性能和腐蚀性能的影响

5．1 超声铸造对合金力学性能的影响

5．2 超声铸造对合金腐蚀性能的影响

5．2．1 剥落腐蚀

5．2．2 极化曲线

5．2．3 电导率测试

5．3 超声铸造对合金微观组织的影响

5．4 分析与讨论

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢