热变形(压缩、ECAP)-预回复对Al-13.01Zn-3.16Mg-2.8Cu-0.204Zr-0.0757Sr铝合金组织、性能及其各向异性的影响

摘要

7000系铝合金凭借其自身具备的密度小、比强度高、抗腐蚀性能好等优点被大范围应用在航空航天、武器制造、汽车船舶等制造业领域。随着时代不断发展，人们对其综合性能的要求也越来越高，因此如何运用现有技术手段调控优化铝合金微观组织和综合性能成为研究的一大热点。本文以自主创新研制的超高强铝合金（wt.％）Al-13.01Zn-3.16Mg-2.8Cu-0.204Zr-0.0757Sr为试验材料，具体研究工作及结果如下：
　　(1)研究了热压缩-固溶-时效下超高强铝合金Al-13.01Zn-3.16Mg-2.8Cu-0.204Zr-0.0757Sr的组织、性能及其各向异性。结果表明，经热压缩-固溶处理后合金Z方向的低角度晶界比例达到0.579，平均晶粒尺寸达到18.358μm；合金的显微硬度和电导率呈现出明显的各向异性，Z方向的硬度和电导率最大，分别达到237.4HV和26.815%IACS(120℃×48 h)；同时合金的拉伸性能呈现出明显的各向异性，Y方向的抗拉强度比X方向高了约100MPa；合金的剥落腐蚀也呈现出明显的各向异性，Y方向抗腐蚀性能最优，剥落腐蚀等级达到了PB级。
　　(2)研究了热压缩-预回复-固溶-时效下超高强铝合金Al-13.01Zn-3.16Mg-2.8Cu-0.204Zr-0.0757Sr的组织、性能及其各向异性。结果表明，经热压缩-预回复-固溶处理后合金X方向的低角度晶界比例达到0.696，平均晶粒尺寸达到了15.286μm；相比热压缩-固溶-时效工艺，预回复处理对超高强铝合金的峰值硬度影响较小，但却能大幅降低合金达到峰值硬度的时效时间（48h降低到30h）；同时预回复处理一定程度上降低了合金的电导率，但提高了合金的拉伸性能，合金Y方向的抗拉强度从698MPa提高到了723.9MPa；预回复处理一定程度上提高了合金的抗晶间腐蚀性能，但对抗剥落腐蚀性能影响不大。
　　(3)研究了热压缩-ECAP-预回复-固溶-时效下超高强铝合金Al-13.01Zn-3.16Mg-2.8Cu-0.204Zr-0.0757Sr的组织、性能及其各向异性。结果表明，经热压缩-ECAP-预回复-固溶处理后合金Z方向的低角度晶界比例达到0.686，平均晶粒尺寸达到了21.287μm；相比热压缩-预回复-固溶-时效工艺，ECAP处理一定程度上提高合金的峰值硬度，同时使得合金X方向电导率提高，但Y和Z方向的电导率有所降低，呈现出明显的各向异性；ECAP处理使得合金拉伸性能的各向异性得到了显著的改善，同时合金的延伸率得到大幅提高，最高达到11.3%；ECAP处理降低了合金的抗晶间腐蚀性能（腐蚀等级由二级变为三级）。
　　(4)研究了热压缩-ECAP-热压缩-预回复-固溶-时效下超高强铝合金Al-13.01Zn-3.16Mg-2.8Cu-0.204Zr-0.0757Sr的组织、性能及其各向异性。结果表明，二次热压缩处理对合金的显微硬度大小影响甚微，但由三个方向的XRD分析谱图以及后续的位错密度计算中可以发现，其一定程度上改善了合金三个方向上显微硬度的各向异性；合金的电导率、抗拉强度、屈服强度以及延伸率都有了一定程度的提高；同时合金的抗腐蚀性能也有了一定的提高，晶间腐蚀深度最低为33.54μm（Y方向），剥落腐蚀等级最高达到PB级（X方向）；相比热压缩-ECAP-预回复-固溶工艺，合金Z方向的平均晶粒尺寸由之前的21.287μm降低至12.946μm；低角度晶界比例由0.686提高至0.714；平均晶界角度由15.034°提高至21.838°。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 本文研究背景

1.2 7000系铝合金的发展和研究现状

1.3强烈塑性变形（SPD）方法

1.4等通道转角挤压法（ECAP）

1.5 合金的各向异性

1.6 7000系铝合金的腐蚀类型

1.7 7000系铝合金的强化机理

1.8 7000系铝合金微观组织结构表征

1.9 本文研究目的和主要内容

第二章 合金制备及组织性能测试方法

2.1 材料制备

2.2 试验方案

2.3 ECAP模具及处理

2.4 热压缩处理

2.5预回复退火处理和固溶处理

2.6时效处理

2.7 组织结构分析

2.8 性能测试

2.9 本章小结

第三章 热压缩变形-固溶-时效下超高强铝合金Al-13.01Zn-3.16Mg - 2.8Cu - 0.204Zr - 0.0757Sr的组织、性能及其各向异性

3.1 引言

3.2 实验方法

3.3 实验结果

3.4 分析与讨论

3.5 本章小结

第四章 热压缩变形-预回复-固溶-时效下超高强铝合金Al-13.01Zn-3.16Mg-2.8Cu-0.204Zr-0.0757Sr的组织、性能及其各向异性

4.1 引言

4.2 实验方法

4.3 实验结果

4.4 分析与讨论

4.5 本章小结

第五章 热压缩变形-ECAP-预回复-固溶-时效下超高强铝合金Al-13.01Zn-3.16Mg-2.8Cu-0.204Zr-0.0757Sr组织、性能及其各向异性

5.1 引言

5.2 实验方法

5.3 实验结果

5.4 分析与讨论

5.5 本章小结

第六章 热压缩变形-ECAP-热变形-预回复-固溶-时效下超高强铝合金Al-13.01Zn-3.16Mg-2.8Cu-0.204Zr-0.0757Sr的组织、性能及其各向异性

6.1 引言

6.2 实验方法

6.3 实验结果

6.4 分析与讨论

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 全文工作小结

7.1 全文主要创新点

7.3 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间科研成果