船用高镁铝合金腐蚀性能屈服行为及高温变形行为研究

摘要

本文分三部分研究了加工工艺和退火对高镁5XXX系铝合金组织和性能的影响及Mg含量最高的5A01铝合金的热变形行为。第一部分通过组织检测，腐蚀和力学性能检测等实验手段，研究Mg含量和时效温度对固溶淬火态高镁铝合金组织和性能的影响规律。第二部分考察不同压下量和不同退火温度的冷轧态5456铝合金的腐蚀性能和屈服行为，确定高镁铝合金的腐蚀性能和屈服行为随压下量和退火温度的变化规律。第三部分采用Gleeble-1500热力模拟机对5A01合金进行等温恒应变热压缩实验，研究了5A01合金热变形流变应力行为，并建立流变应力的数学模型。通过实验数据的分析比较，得到以下结果： 1.在同样Mg含量的情况下，固溶淬火态高镁铝合金在经过150℃时效后析出了大量粗大的，无规则分布的β相，经过350℃时效后β相基本溶解，但样品在时效后的空冷过程中生成了少量的细小的β相。因此在腐蚀性能方面，经过150℃时效后的样品的应力腐蚀敏感性比淬火态和经过350℃时效的同样Mg含量的样品都要高，且抗品间腐蚀能力最差。随着Mg含量的增加，合金中析出的β相越多，合金的应力腐蚀敏感性增加，抗晶间腐蚀能力降低；在屈服行为方面，经过150℃时效的样品由于析出大量的β相导致同溶体中的Mg含量降低，从而使得经过150℃时效的样品的的锯齿屈服强度比淬火态和经过350℃的样品都要小，同时，时效的时间越长，固溶体中的Mg含量越低，锯齿强度越低。 2.对于不同压下量冷轧态的5456铝合金，由于残余应力的存在，冷轧态试样的抗剥落腐蚀能力最差，由于冷轧压下量大的样品中位错密度大，所具有的储能高，因此要产生同等程度的腐蚀，压下量大的样品所需要的退火温度比压下量小的样品所需要的退火温度要低。随着冷轧压下量的增加，再结晶形成的晶粒越小，晶粒数目越多，吕德丝带越长，锯齿的频率和振幅都越大。在单轴拉伸过程中，随着应变的增加，锯齿的频率降低，锯齿的振幅先升高后降低。经过回复退火后的样品内位错密度比冷轧态样品要小，因此锯齿的强度越小。 3.在同一变形温度下，均匀化后的5A01铝合金的真应力随应变速率的增大而增大，表明5A01是正应变速率敏感材料。在同一应变速率下，5A01的真应力水平随温度的提高而降低。在相同的变形温度以及变形速率下，变形量对流变应力的影响不大。采用双曲正弦形式的Arrhenius关系来描述5A01铝合金高温变形时的流变应力，获得5A01的材料常数A、α、n和Q分别为0.06831s-1、0.0094MPa-1、2.7089和161.14KJ/mol。

目录

文摘

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声明

第一章 文献综述

1.1船用高镁5×××铝合金的研究发展现状

1.2 5×××铝合金中合金元素及其作用

1.3铝镁合金的脱溶相

1.4 5×××系铝合金塑性加工及热处理

1.4.1 5×××系铝合金塑性加工

1.4.2 5×××系铝合金退火及稳定化处理

1.5铝合金高温变形行为的研究现状

1.5.1 Zuzin和Browman模型

1.5.2 Arrhenius关系表达式

1.5.3 Raghunathan模型

1.5.4其他几种模型

1.6铝镁合金的腐蚀类型

1.6.1均匀腐蚀

1.6.2点腐蚀

1.6.3晶间腐蚀

1.6.4剥落腐蚀

1.6.5应力腐蚀开裂

1.7铝合金的屈服行为

1.7.1铝合金屈服行为的研究意义

1.7.2锯齿屈服行为的原理

1.8本课题研究的目的和意义

第二章 实验过程

2.1材料的制备

2.2慢应变拉伸测试

2.3电化学实验过程及方法

2.3.1电极试样的制备

2.3.2极化曲线测定

2.4剥落腐蚀

2.5挤压热模拟实验

2.6金相组织观察

2.6.1非偏光观察试样制备

2.6.2偏光试样制备

2.7 DSC实验

2.8显微硬度测试

2.9扫描电子显微观察

2.10透射电镜观察

第三章 固溶淬火态高镁铝合金的腐蚀性能和屈服行为研究

3.1时效对固溶淬火态高镁铝合金组织的影响

3.2时效对固溶淬火态高镁铝合金抗品间腐蚀能力的影响

3.3固溶淬火时效态高镁铝合金的电化学行为

3.4固溶淬火时效态高镁铝合金的应力腐蚀行为

3.5时效时间并和时效温度对合金力学性能和屈服行为的影响

第四章 压下量和稳定化退火对冷轧态高镁铝合金力学性能和腐蚀性能的影响

4.1 5456铝合金的再结晶曲线

4.2压下量和退火对冷轧态5456铝合金力学性能的影响

4.3冷轧退火后5456铝合金剥落腐蚀的宏观形貌

4.4 5456剥落腐蚀微观形貌分析

4.5高镁铝合金剥蚀敏感性分析

4.6冷轧态5456铝合金的屈服行为

4.6.1吕德斯带现象

4.6.2压下量对材料PLC锯齿屈服带的影响

第五章 5A01铝合金的挤压热模拟研究

5.1实验结果

5.2热变形流变应力的数学模型

5.2.1高温流动应力模型的建立

5.2.2热变形流变应力方程

5.3 5A01铝合金流变条件对流变应力的影响

5.3.1应变速率对流变应力的影响

5.3.2温度对流变应力的影响

5.3.3变形程度对流变应力的影响

5.4模拟计算结果与实验比较

5.5高镁合金高温变形的内在机理

第六章 结论

参考文献

致谢

附录 铝及铝合金的目视剥落腐蚀敏感性试验规程

硕士期间主要研究成果