变形和热处理对Al-Zn-Mg-Cu系超强铝合金组织和性能的影响

摘要

Al-Zn-Mg-Cu系超强铝合金是大飞机用关键材料，要求具有较高的强度、良好的韧性和优良的耐蚀性。该系合金在变形和固溶过程引发的再结晶和在时效过程链状富集的晶界析出相降低了合金的断裂韧性和应力腐蚀抗力，限制了其应用潜力的发挥。因此，研究变形和热处理对微观组织的影响，对于同时提高合金的强度、韧性和耐蚀性具有重要的意义。
　　 本论文选择Al-Zn-Mg-Cu系超强铝合金中的7B50轧制板材为研究对象，研究了7B50合金断裂腐蚀机理，研究了变形、固溶和时效对微观组织（未溶相、再结晶以及析出相）的影响，分析了微观组织对力学和腐蚀性能的影响机理，研究结果表明:
　　 (1)合金局部腐蚀的发生依次为点蚀、晶间腐蚀和剥落腐蚀;腐蚀路径主要沿着再结晶晶界扩展;与未再结晶晶界析出相相比，再结晶晶界析出相不耐蚀。再结晶降低了合金的剥蚀抗力，降低了合金纵向和长横向应力腐蚀抗力。沿轧制方向排列的未溶相降低了材料长横向的拉伸性能和T-L方向的断裂韧性;再结晶降低了材料纵向的拉伸性能和L-T方向的断裂韧性。
　　 (2)热轧变形量越大，合金的未溶相越少，晶粒尺寸越小，时效析出相更加密集，但基体再结晶越严重;对应合金的拉伸性能越高;断裂韧性先升高后降低，剥蚀和应力腐蚀抗力变差。当热轧温度降低时，合金在固溶过程中发生严重的静态再结晶，极大降低合金的拉伸和腐蚀性能。
　　 (3)固溶升温的中温阶段(350℃-460℃)发生第二相粗化现象，严重危害后续固溶效果，据此，提出了快速升温固溶工艺;研究了固溶保温过程中固溶温度和固溶时间对合金未溶相和基体再结晶的影响，提出了高温短时固溶保温工艺;快速升温和高温短时两种工艺综合使用保证未溶相溶解的同时，能有效抑制基体再结晶，提高合金的综合性能。
　　 (4)回归过程中，晶内析出相溶解的同时，晶界析出相发生粗化和不连续，后续的时效过程中，晶内析出相重新密集析出，而晶界析出相保持粗大不连续状态，该组织在保证强度的同时，能有效提高合金的耐蚀性。据此，提出多次回归再时效处理，在保持合金强度的前提下，进一步提高合金的耐蚀性。回归次数在3次以内，随着回归次数的增加，晶内析出相粗化不明显，晶界析出相更加粗大且不连续，其铜含量不断增加，而锌含量不断减少，强度与一次回归再时效处理样品相当，断裂韧性、剥蚀抗力和应力腐蚀抗力随着回归次数的增加而变大。回归次数达到4次时，晶内析出相有所粗化，但仍比T76处理合金要细小，强度、断裂韧性和应力腐蚀抗力有所下降。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 Al-Zn-Mg-Cu超强铝合金的发展历程

1．3 熔铸和均匀化处理对超强铝合金组织及性能的影响

1．4 形变处理对超强铝合金组织及性能的影响

1．5 固溶处理对超强铝合金组织及性能的影响

1．5．1 铝合金基体再结晶形成机制

1．5．2 铝合金基体再结晶与第二相的关系

1．5．3 铝合金基体再结晶对合金性能的影响

1．5．4 现有固溶制度研究

1．6 时效处理对超强铝合金析出相及性能的影响

1．6．1 各种脱溶相结构及特性

1．6．2 常用时效制度

1．6．3 时效处理对合金性能的影响

1．7 组织与性能的基本关系归纳

1．8 电化学研究Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金腐蚀性能

1．9 本文研究目的、意义和内容

第二章 研究方案和实验过程

2．1 研究思路与方案

2．2 试验材料

2．3 热处理工艺

2．3．1 固溶处理

2．3．2 时效处理

2．4 组织结构分析

2．4．1 金相组织分析

2．4．2 扫描电镜分析

2．4．3 透射电镜分析

2．4．4 X射线物相分析

2．4．5 DSC测试

2．5 性能测试方法

2．5．1 硬度和电导率测试

2．5．2 室温拉伸性能测试

2．5．3 断裂韧性测试

2．5．4 剥落腐蚀实验

2．5．5 极化曲线测试

2．5．6 电化学阻抗谱测试

2．5．7 应力腐蚀实验

2．6 主要实验用设备

第三章 7B50铝合金腐蚀与断裂机理研究

3．1 引言

3．2 7B50铝合金局部腐蚀发生发展过程电化学阻抗谱(EIS)研究

3．2．1 局部腐蚀发展不同阶段EIS对应谱图分析以及形貌观察

3．2．2 分析与讨论

3．3 未溶相和基体再结晶对合金基本性能的影响

3．3．1 未溶相和基体再结晶对合金剥落腐蚀及电化学行为的影响

3．3．2 未溶相和基体再结晶对合金应力腐蚀及电化学行为的影响

3．3．3 未溶相和基体再结晶对合金拉伸和断裂行为的影响

3．3．4 分析与讨论

3．4 本章小节

第四章 热轧变形对合金组织和性能的影响

4．1 引言

4．2 轧制变形量对合金组织和性能的影响

4．2．1 均匀化态合金组织

4．2．2 变形态合金金相组织

4．2．3 变形态合金未溶相的分布及鉴定

4．2．4 变形态合金微观组织观察

4．2．5 轧制变形量对时效态合金未溶相和再结晶的影响

4．2．6 轧制变形量对时效态合金硬度和电导率的影响

4．2．7 轧制变形量对时效态合金拉伸和断裂行为的影响

4．2．8 轧制变形量对时效态合金剥落腐蚀的影响

4．2．9 轧制变形量对时效态合金应力腐蚀的影响

4．3 轧制变形温度对时效态合金组织和性能的影响

4．3．1 轧制变形温度对时效态合金组织的影响

4．3．2 轧制变形温度对时效态合金性能的影响

4．4 分析与讨论

4．5 小结

第五章 固溶热处理对合金组织和性能的影响

5．1 引言

5．2 固溶升温过程组织和性能的变化

5．2．1 固溶升温过程多尺度第二相的演变规律

5．2．2 固溶升温过程中硬度和电导率的变化规律

5．2．3 分析与讨论

5．3 固溶保温处理对20mm厚轧制板材组织和性能的影响

5．3．1 20mm厚板材变形态组织的DSC分析

5．3．2 固溶温度对20mm厚板材组织和性能的影响

5．3．3 固溶时间对20mm厚板材组织和性能的影响

5．4 固溶保温处理对80mm厚轧制板材组织和性能的影响

5．4．1 固溶时间对80mm厚板材组织的影响

5．4．2 固溶时间对80mm厚板材性能的影响

5．5 分析与讨论

5．6 小结

第六章 多次RRA时效热处理对合金组织和性能的影响

6．1 引言

6．2 RRA处理对合金组织和硬化行为的影响

6．2．1 一级时效处理时间对合金组织和硬化行为的影响

6．2．2 二级回归时间对合金组织和硬化行为的影响

6．2．3 再时效时间对合金组织和性能的影响

6．3 二次回归再时效处理对合金组织和性能的影响

6．3．1 二次回归时间的优化

6．3．2 二次回归再时效处理对合金组织和硬度的影响

6．3．3 二次回归再时效处理对合金拉伸及断裂性能的影响

6．3．4 二次回归再时效处理对合金剥蚀性能的影响

6．3．5 二次回归再时效处理对合金应力腐蚀性能的影响

6．4 多次回归再时效处理对合金组织和性能的影响

6．4．1 多次回归再时效处理对合金组织的影响

6．4．2 多次回归再时效处理对合金硬度的影响

6．4．3 多次回归再时效处理对合金拉伸和断裂性能的影响

6．4．4 多次回归再时效处理对合金应力腐蚀的影响

6．5 分析与讨论

6．5．1 一级时效处理对合金组织和硬化行为分析

6．5．2 多次回归再时效处理对合金组织和硬化行为分析

6．5．3 多次回归再时效处理对合金性能影响的分析

6．6 本章小节

第七章 全文总结

7．1 主要结论

7．2 创新点

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的学术论文及主要研究成果