AL-Zn-Mg铝合金空心型材的挤压及热处理工艺研究

摘要

国内对高速出行的迫切需求极大地刺激了国内高速轨道列车的相关研究。7N01合金因其兼具中高强度、良好的焊接性能和抗腐蚀性能等综合性能，最早由日本研制开发，广泛地应用于国内外高速列车车体上。目前国内对7N01的研究尚处于初级阶段，许多在车体运行过程中出现的实际问题没能得到系统理论的解释。因此，系统地开展7N01合金制备工艺对其力学性能及抗应力腐蚀性能影响的机理研究，不仅为合金的实际生产提供理论依据，同时可为车体运行中出现的实际问题提供理论解释。本文的主要研究内容和结果如下:
　　(1)7N01板材经不同挤压工艺处理后微观组织与性能存在较大的差异。低挤压比板材的抗拉强度和屈服强度显著大于高挤压比板材。高挤压比板材内为细小且均匀的等轴再结晶晶粒，低挤压比板材内存在大量粗大的亚结构。挤压过程中变形程度的差异是导致不同挤压比下板材的力学性能差异以及未溶结晶相尺寸和分布差异的主要原因。
　　(2)两种时效制度下获得的不同微观组织引起了宏观性能的显著差异。经人工时效处理后可获得明显优于经自然时效处理后的微观组织。自然时效过程中晶内主要析出的为GP区;而人工时效处理后的试样晶内析出的主要为细小弥散的GP区和η'相，且晶界析出相断续分布，其PFZ宽度约为20-25nm，表现出更好的力学性能和抗应力腐蚀性能。
　　(3)双级时效可显著调控7N01铝合金的硬度和电导率。一级时效制度对合金硬度和电导率的影响不大。在一级时效的基础上进行二级时效，随着二级时效时间的延长，合金的硬度先上升后下降，电导率一直上升。二级时效温度越高，合金的硬度越低，过时效速率越快，但电导率越高。7N01最佳的时效工艺为105℃/12h+150℃/8h。此时合金的硬度、电导率和抗拉强度分别为123HV、36.3％IACS、375.8MPa。
　　(4)挤压温度差异是造成其宏观性能差异的主要原因。经420℃和450℃挤压后，7N01铝合金焊合区的冲击韧性相对正常区分别降低约为26.7％和21％，两批材料不同区域的撕裂强度(TS)的损失率较低，分别为5.9％和7.5％，单位面积裂纹形核功(UIE)的损失率则分别为20.9％，20.1％。
　　(5)合金经挤压焊合后，焊合区的组织多为粗大的再结晶晶粒。相较正常区，焊合区的力学性能及韧性均较差。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 Al-Zn-Mg-(Cu)系铝合金的概述

1．2 Al-Zn-Mg系铝合金成分设计原理

1．2．1 主合金元素对Al-Zn-Mg系合金性能的影晌

1．2．2 微量元素对Al-Zn-Mg系合金性能的影响

1．2．3 杂质元素对Al-Zn-Mg系合金性能的影响

1．3 Al-Zn-Mg系铝合金热处理工艺

1．3．1 均匀化处理

1．3．2 时效处理

1．4 Al-Zn-Mg系铝合金的腐蚀类型

1．4．1 应力腐蚀

1．4．2 晶间腐蚀

1．5 7N01铝合金的撅述及研究现状

1．6 本文的研究意义及内容

2 试验方法与过程

2．1 实验材料

2．2 实验方案

2．3 组织分析方法

2．3．1 金相组织分析

2．3．2 扫描电镜(SEM)观察

2．3．3 透射电镜(TEM)组织分析

2．3．4 差示扫描量热法(DSC)

2．3．5 宏观织构测试

2．3．6 电子背散射衍射EBSD测试

2．4 性能测试与分析

2．4．1 硬度

2．4．2 电导率

2．4．3 室温拉伸性能

2．4．4 慢应变速率拉伸

2．4．5 Kahn撕裂

2．4．6 冲击韧性

2．5 主要实验设备

3 7N01铝合金微结构、织构与性能的研究

3．1 实验材料及方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 慢应变速率拉伸性能

3．2．2 金相组织

3．2．3 宏观织构

3．2．4 微观织构

3．2．5 扫描组织

3．2．6 透射组织

3．2．7 讨论

3．3 本章小结

4 双级时效工艺对7N01铝合金组织与性能的影响

4．1 实验材料及方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 硬度随时效制度的变化

4．2．2 电导率随时效制度的变化

4．2．3 不同预时效制度下的差热分析DSC

4．2．4 时效工艺下的强度

4．2．5 微观组织变化

4．2．6 讨论

4．3 本章小结

5 挤压温度对7N01铝合金焊合组织与性能的影响

5．1 实验材料及方法

5．2 实验结果与讨论

5．2．1 不同挤压温度下的力学性能差异

5．2．2 不同挤压温度下的微观组织差异

5．2．3 讨论

5．3 本章小结

6 结论

参考文献

硕士学位期间主要科研成果

致谢