淬火速率和时效工艺对7085铝合金厚板非均匀性的影响

摘要

7085铝合金是美国铝业公司于2003年提出并成功申请专利的高性能铝合金，具有高强度、高韧性、耐腐蚀性和高淬透性等优良的综合性能，广泛应用于航空航天领域大规格整体构件的制造生产。国产大飞机项目的启动，要求我们具备自主研发和生产所需材料的能力。而该铝合金厚板淬火引起的非均匀性，成为制约其生产和应用的关键因素。本文作者以7085铝合金厚板为研究对象，以末端淬火实验为研究手段，以时效后高均匀性为研究目标，研究了淬火速率和时效工艺对7085铝合金厚板非均匀性的影响，并对7085铝合金厚板的非均匀性进行了表征。通过对其进行硬度、电导率、常温拉伸性能测试，结合金相显微镜、扫描电镜、透射电镜以及差式扫描量热分析等检测分析方法，得出以下结论:
　　(1)明确了不同样品形状淬火过程中温度场的分布情况。在淬火过程中，圆柱模型与方柱模型温度场的整体变化趋势基本相同。但是，圆柱模型非淬火表面与空气换热比方柱模型剧烈，随着时间的延长，空气换热的影响越来越小，两种模型温度场的区别变小。总之，样品形状对均匀性影响很小，在进行淬火时，样品形状的选择，可以根据其加工方便以及产品需求进行选取。
　　(2)揭示了淬火速率影响时效非均匀析出的机理。末端淬火过程中，远离淬火端淬火速率下降，析出的平衡相η数量和尺寸增加，时效后析出的强化相η'数量减少，尺寸增加，弥散程度降低。同时，淬火速率越小，空位扩散激活能越大，相同温度时效后硬度达到峰值的时间越长。三种淬火速率1967℃/min、370℃/min、148℃/min对应的扩散表观激活能分别为34.42kJ/mol、49.63kJ/mol、58.44kJ/mol，空位扩散激活能越大，析出越困难。
　　(3)探求了最佳均匀性能的时效工艺。时效时间相同，140℃时效24h的合金均匀性最好，淬火末端与淬火端的硬度差约为6％，而且此时的硬度值也比较大，仅次于120℃/24h。时效温度相同，140℃时效84h的合金均匀性最好，淬火末端相比于淬火端硬度下降了仅4％左右，而且此时的硬度值也较大，仅次于24h。因此，140℃时效84h的材料综合性能最好，既保证了一定的硬度，又实现了最好的均匀性。
　　(4)表征了7085铝合金厚板的非均匀性。7085铝合金存在厚向非均匀性，中心层的强度最高，达到588MPa，四分之一层强度性能最差，两者相差约50MPa。通过分析发现，四分之一层再结晶较多，而且粗大η析出相也很多，从而导致其力学性能最差。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 7085铝合金厚板的特点、应用及研究现状

1．2 铝合金厚板的非均匀性

1．3 Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的淬火和时效处理

1．3．1 淬火

1．3．2 时效处理

1．4 淬火过程中温度场的数值模拟

1．4．1 传热理论与换热系数

1．4．2 有限元方法

1．4．3 温度场控制方程

1．4．4 淬火过程温度场模拟的研究现状

1．5 本论文的研究背景、目的及意义

第二章 实验过程和研究方法

2．1 实验方案

2．2 合金热处理

2．3 组织观察和分析

2．3．1 金相组织观察

2．3．2 扫描电子显微镜观察

2．3．3 差示扫描量热法(DSC)分析

2．3．4 透射电子显微镜观察

2．4 性能测试与分析

2．4．1 硬度

2．4．2 淬透性

2．4．3 电导率

2．4．4 室温拉伸性能

2．5 主要实验设备

第三章 7085铝合金末端淬火过程中温度场的模拟研究

3．1 温度场模拟模型的建立

3．2 表面换热系数与表面温度的关系曲线

3．2．1 末端淬火过程中的实测冷却曲线

3．2．2 表面换热系数的计算

3．3 温度场模拟的结果与分析

3．3．1 方柱模型温度场云图分布

3．3．2 方柱与圆柱温度场云图对比

3．3．3 模拟冷却曲线的比较分析

3．4 本章小结

第四章 7085铝合金厚板组织和性能非均匀性的研究

4．1 7085铝合金厚板非均匀性的表征

4．1．1 热轧态厚板性能和组织分析

4．1．2 时效态厚板性能分析

4．1．2 时效态厚板组织分析

4．2 自然时效对7085铝合金厚板非均匀性的影响

4．3 人工时效对7085铝合金厚板非均匀性的影响

4．3．1 时效温度对非均匀性的影响

4．3．2 时效时间对非均匀性的影响

4．4 空位扩散表观激活能的计算

4．5 本章小结

第五章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢