7475铝合金单曲率蠕变时效成形工艺及组织性能研究

摘要

蠕变时效成形是成形大飞机整体机翼壁板的一种新型成形工艺，即利用金属高温下的粘性，将材料的弹性变形转化为永久塑性变形，时效成形阶段材料的力学性能、微观组织有所变化。本文采用自制四点弯曲蠕变时效成形实验装置针对7475铝合金进行了单级时效、双级时效的基础实验研究，同时进行了双级时效制度下的蠕变拉伸试验，计算蠕变时效过程的蠕变激活能和应力指数。采用金相显微组织(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等测试手段，研究了蠕变时效成形后的微观组织和性能的演变过程，得出以下结论:
　　(1)揭示了7475铝合金在不同温度、时效时间、曲率半径的工艺条件下蠕变时效成形过程的回弹、性能、微观组织的演变规律，回弹随着时效温度的提高，保温时间的延长，曲率半径的减小逐渐降低至平稳状态。对于单级时效成形，最佳的时效成形工艺为150℃/32h/1000mm。蠕变时效后的金相组织与人工时效差别不大，都是扁平的晶粒组织，晶内析出相比人工时效更加细小、致密、分布更加均匀。蠕变时效后的屈服强度为523MPa，比人工时效高5.2％，电导率达到36.1％IACS，比人工时效高5.6％，该时效制度下撕裂断口机制为沿晶断裂和穿晶韧窝断裂的混合模式。
　　(2)揭示了7475铝合金在双级时效成形过程的回弹、微观组织和力学性能。双级时效制度更能降低回弹，提高成形率。考虑到回弹和性能，采用双级制度121℃/6h+180℃/6h可以达到形/性协同目的，屈服强度可达493MPa，回弹为57.94％。采用该工艺成形大型构件1000mm×500mm×2mm，成形贴合小于0.5mm，大型构件的性能:屈服强度520MPa，延伸率10％，电导率为40％IACS。
　　(3)初步研究了双级时效制度对7475铝合金蠕变拉伸实验的影响。双级蠕变拉伸曲线有两个平台对应两个稳态阶段，同时二级高温明显提高蠕变速率。蠕变拉伸应力促进基体沉淀析出相细化，晶界析出相比较粗大。双级蠕变拉伸的蠕变激活能Q=155.8kJ/mol，应力指数n=6.85，初步认为双级时效过程蠕变机制为位错攀移机制。