铝合金时效成形微观组织和性能及疲劳断裂特征

摘要

本文通过力学实验，借助光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和电子探针等，研究了2324和7075铝合金的无应力时效和时效成形，对2324和7075在两种不同的处理状态下的微观组织进行了观察分析，并解释了析出相的变化；对主要力学性能如强度、延伸率、断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率进行了对比并分析了其差别的原因。观察了试样断裂后的断口形貌，并对其断裂机制进行了研究。 对2324铝合金析出相的观察表明：2324铝合金时效成形后由于由于外加应力造成了平行应力方向和垂直应力方向扩散系数的差异，导致了析出相择优生长，产生了“应力位向效应”：无应力时效时析出相沿{201}晶面族均匀析出，时效成形后析出相平行（111）方向择优析出。择优生长的方向取决于外加应力的形式（拉应力或者压应力）和外加应力的方向。 由于7075GP区高度对称的球形形貌，且“应力位向效应”发生在时效的初始阶段，7075铝合金时效成形后未观察到“应力位向效应”。 在2324和7075基体中，都存在三种颗粒相：1）尺寸在0.1～10微米之间，富含Fe、Si等元素的杂质相，由于本身较脆或与基体结合力较低，往往形成裂纹源。2）尺寸在0.05～0.5微米之间，主要含Mn、Cr、Zr等元素在均匀化时即存在的中等尺寸质点，能起到抑制晶粒长大和抑制再结晶的作用。3）尺寸在0.01～0.5微米之间的细小的时效沉淀相，能显著提高材料的力学性能。 在应力场和温度场的耦合作用下，时效成形后合金中的晶粒组织被进一步拉长压扁。导致与无应力时效相比，晶粒的协调性变差，材料的塑性降低，2324和7075时效成形后的强度、延伸率、和断裂韧性都有一定程度降低。 由于铝合金轧制后，晶内难溶相、未溶相将在轧制方向形成有序排列，导致2324和7075垂直轧制方向断裂韧性高于平行轧制方向，而疲劳裂扩展速率低于平行轧制方向。 无论2324还是7075，时效成形后试样的疲劳裂纹扩展速率与无应力时效相比，无显著变化，而相同热处理状态下垂直轧制方向比平行轧制方向慢。说明决定疲劳裂纹扩展速率的主要因素是晶内未溶相的有序排列，晶粒形貌的改变和析出相的择优分布对疲劳裂纹扩展速率影响不大。

目录

文摘

英文文摘

声明

引 言

1时效成形简介

1.1时效成形定义

1.2时效成形特点及应用

1.3时效成形工艺过程

1.4时效成形的机理

1.5时效成形工装设备

2 2324铝合金时效及时效成形

2.1 2324铝合金时效实验方法

2.2实验过程

2.2.1金相试样的制备与观察

2.2.2 2324铝合金时效显微组织观察

2.2.3透射电镜试样的制备与观察

2.2.4 2324铝合金时效力学性能测定

2.3时效成形后金相、析出相与无应力时效对比

2.4本章小结

3 2324铝合金时效成形与无应力时效的性能对比

3.1性能指标简述

3.1.1 断裂韧性

3.1.2疲劳裂纹

3.2 2324铝合金断裂韧性实验

3.2.1实验方法

3.2.2实验结果

3.2.3 2324时效成形与无应力时效断裂韧性对比

3.2.4 2324断裂韧性断口分析

3.3 2324疲劳裂纹扩展速率实验

3.3.1实验方法

3.3.2时效成形与无应力时效L-T方向疲劳裂纹扩展速率对比

3.3.3 时效成形与无应力时效T-L方向疲劳裂纹扩展速率对比

3.3.4相同处理条件下T-L，方向与L-T方向疲劳裂纹扩展速率对比

3.4 2324铝合金疲劳裂纹扩展速率断口形貌观察

3.5本章小结

4 7075铝合金时效及时效成形

4.1 7075铝合金时效实验方法

4.2实验过程

4.2.1 7075时效金相显微组织观察

4.2.2透射电镜下观察微观组织

4.3时效成形后金相、析出相与无应力时效对比

4.4本章小结

5 7075时效成形与无应力时效性能对比

5.1 断裂韧性

5.1.1 7075断裂韧性测试结果

5.1.2 7075时效成形与无应力时效断裂韧性对比

5.1.3 7075断裂韧性断口分析

5.2 7075疲劳裂纹扩展速率

5.2.1时效成形与无应力时效L-T方向疲劳裂纹扩展速率对比

5.2.2时效成形与无应力时效T-L方向疲劳裂纹扩展速率对比

5.2.3 7075疲劳裂纹扩展速率断口形貌观察

5.3本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢