亚微晶铝合金的制备和显微结构及力学性能的研究

摘要

铝及其合金是当今发展较快，应用广泛的有色金属，在航空航天工业和许多民用工业领域占有十分重要的地位。如今，铝合金正向着高强度、高韧性、耐腐蚀等方向发展。纳米材料具有一系列异乎寻常的特性，但是制备纳米晶材料，尤其具有更多应用价值的大块体纳米结构材料是很困难的。与其相比，获得亚微米级超细晶材料相对容易，而且微米级或亚微米级超细晶粒的金属也展现了非同寻常的特性，如：高强度、高的扩散能力和超塑变形的温度大大降低等。亚微米级超细晶材料制备是当前新型高性能材料发展的一种趋势。目前在获得超细晶材料的方法中等通道角挤压法(ECAP)是获得没有任何孔洞的亚微米大块体材料的最行之有效的方法。 本文采用ECAP法与热处理相结合的几种工艺，在A、Bc、C三种挤压路径条件下(路径A：试样每次挤压前没有旋转；路径Bc：试样每次挤压前顺时针旋转90°；路径C：试样每次挤压前旋转180°)制备了航空航天用超高强铝合金2224、7050和7055。利用电镜手段从微观角度分析研究了铝合金在ECAP过程中显微组织的演变。通过拉伸试验及硬度的测试，揭示了经ECAP结合固溶时效处理后铝合金的力学性能的变化规律。初步讨论了等通道角挤压与固溶时效相结合获得超高强铝合金的晶粒细化和强化机制。并讨论比较了三种挤压路径对合金显微组织及力学性能的影响。实验结果归纳如下： 1.经几种工艺条件处理后，2224、7050铝合金退火试样随着等通道角挤压次数的增加，强度都有很大提高，塑性有所下降，晶粒尺寸和第二相颗粒也有不同程度的细化，合金的晶粒尺寸已细化到亚微米级，最小达到250nm；退火试样经过多次等通道角挤压，固溶处理，进行二次再挤压和自然或人工时效后，强度随再挤压次数增加而明显提高，2224合金达到618MPa，7050合金为677MPa，二种合金均超过600MPa，成为亚微晶超高强铝合金材料，同时仍有较好塑性。ECAP缩短了7050合金的峰时效析出时间，使沉淀相粒子更加细小而弥散分布。在三种挤压路径中，Bc路径是获得比较细的等轴晶粒的最佳的途径。根据实验数据的分析比较，获得了制备亚微晶超高强铝合金的最佳工艺。 2.三种ECAP与热处理相结合工艺制备7055合金，经多次等通道角挤压后，强度与T6状态相比没有提高，塑性也无明显改善，而合金强度有所下降，这是由于合金处在深度过时效状态的原因。 3.等通道角挤压获得亚微晶粒，是由于挤压过程不断地剪切大晶粒使之不断细化，与此同时，在高应变区，应力和挤压温度的共同作用下形成细小的亚晶粒和转变成大角度晶界的细晶粒；获得超高强度是由于等通道角挤压造成的细晶强化和高密度位错强化，以及时效析出的第二相沉淀强化共同作用的结果。

目录

文摘

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第一章绪论

§1.1引言

§1.2强化变形加工法

§1.3 ECAP的发展概况

§1.4选题的意义、目的和研究内容

第二章实验材料与实验设备

§2.1实验材料

§2.2实验设备

第三章ECAP及热处理对2224铝合金显微组织和力学性能的影响

§3.1引言

§3.2实验

§3.2.1实验材料

§3.2.2热处理

§3.2.3实验工艺路线

§3.3实验结果与讨论

§3.3.1工艺1的结果

§3.3.2工艺2的结果

§3.3.3工艺3的结果

§3.3.4工艺4的结果

§3.3.5工艺5的结果

§3.4时效时间对合金性能的影响

§3.5分析与讨论

§3.6小结

第四章ECAP及热处理对7050铝合金显微组织和力学性能的影响

§4.1引言

§4.2实验材料

§4.3实验工艺路线

§4.4实验结果与讨论

§4.4.1工艺1的实验结果与讨论

§4.4.2工艺2的实验结果与讨论

§4.4.3工艺3的实验结果与讨论

§4.5分析与讨论

§4.6小结

第五章ECAP及热处理对7055铝合金显微组织和力学性能的影响

§5.1引言

§5.2实验材料

§5.3时效温度的选择

§5.4实验工艺路线

§5.5工艺1的实验结果与讨论

§5.5.1路径A

§5.5.2路径Bc

§5.5.3路径C

§5.6工艺2的实验结果与讨论

§5.7工艺3的实验结果与讨论

§5.8 ECAP与热处理对7055合金性能影响结果分析

§5.8.1显微硬度结果与分析

§5.8.2微观组织分析

§5.9小结

第六章总结

参考文献

致谢