Al-Zn-Mg-Cu系合金组织对性能的影响

全面地介绍和评述国内外关于Al-Zn-Mg-Cu系铝合金组织对性能影响的研究情况.Al-Zn-Mg-Cu系合金的组织主要由基体析出相(MPt)、晶间析出相(GBP)、晶界无析出带(PFZ)、抑制再结晶化合物(过渡族元素化合物)和杂质相,以及晶粒和亚结构组成.它们对合金的常温力学性能、断裂韧性和抗应力腐蚀开裂性能的影响极大,几乎决定着合金的所有宏观性能.因此,控制了合金组织,就控制了性能,而控制这些组织的主要途径是调控化学成分、加工工艺和热处理.     

双级时效对Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能的影响

采用透射电镜(TEM)、显微硬度计、电导仪等研究了单级与双级时效处理对Al-Zn-Mg-Cu合金组织和性能的影响。结果表明:与单级时效相比,双级时效处理的Al-Zn-Mg-Cu合金硬度有所降低,导电率明显提高。双级时效的终时效温度为140～180℃,终时效时间在8～14 h,随着时效温度的升高和时效时间的增加,合金试样的硬度均逐渐降低,导电率均逐渐升高。Al-Zn-Mg-Cu合金经475℃×4 h的固溶处理后,再进行120℃×8 h+160℃×12 h双级时效后,试样导电率达到37.6%IACS,比120℃×24 h单级时效处理试样的导电率提高了25.8%。     

微量Er对Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能的影响

研究了微量Er加入对Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能的影响。结果表明,微量Er的加入可改善合金的铸态组织,细化合金晶粒,提高合金的力学性能。应力腐蚀敏感性是制约Al-Zn-Mg-Cu合金应用的关键因素。通过慢应变速率拉伸试验(SSRT)研究了Al-Zn-Mg-Cu合金的应力腐蚀过程。结果表明,Er的加入提高了该合金的抗应力腐蚀性。两种合金在惰性介质中的拉伸断口没有太大区别,但在3.5%Na Cl溶液中,不含Er的合金断口形貌由韧窝区和腐蚀区组成,含Er的合金断口则主要由韧窝组成。     

Zr对Al-Zn-Mg-Cu合金组织和性能的影响

研究了Zr对Al-Zn-Mg-Cu合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,添加少量Zr可以细化合金铸态组织,并且在热挤压过程中抑制再结晶。在固溶时效过程中,可以促进第二相粒子的析出,从而使基体中析出均匀弥散第二相粒子。T6状态下,未加Zr的合金其抗拉强度仅为600MPa,伸长率为10.5%;而加Zr后其抗拉强度超过650MPa,伸长率达到12.3%。     

时效处理对Al-Zn-Mg-Cu合金组织和性能的影响

利用扫描电镜和透射电镜,并结合耐应力腐蚀检测手段,对固溶并不同时效工艺处理后的新型超高强度Al-Zn-Mg-Cu合金的性能和微观结构进行了研究。结果表明:经过固溶500℃/30 min+120℃/24 h时效处理后试样的抗拉强度和屈服强度较高且耐蚀性能优良;材料强度和耐蚀性能优良的原因是晶界细小和析出相小而少。     

Sc、Zr对Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能的影响

制备了成分Al-5．8Zn-2．5Mg-1．6Cu-0．2Cr和Al-5．8Zn．2．5Mg-1．6Cu-0．2Cr-0．23Sc-0．12Zr的两种合金。通过金相显微镜及电镜观察、力学性能及腐蚀性能测试,分析了两种合金不同处理状态的显微组织及其不同状态下的力学性能和腐蚀性能。结果表明,添加Sc、Zr能显著细化合金的铸态组织,对合金的力学性能及腐蚀性能也起到极大的提高作用。添加Sc、Zr的2#合金与1#合金相比较,经T6处理后,前者的抗拉强度提高110N／mm^2,屈服强度提高91N／mm^2,伸长率也略有提高。     

时效制度对新型Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能的影响

采用X射线衍射、金相和扫描电镜等手段,结合力学性能检测和电导率测定,研究了单级时效和双级时效处理对铸态新型Al-Zn-Mg-Cu合金微观组织和综合性能的影响。结果表明:随时效温度的升高和时效时间的延长,晶粒尺寸缓慢增大,电导率逐渐增加。铸态新型Al-Zn-Mg-Cu合金最佳的单级时效工艺为135 ℃×12 h,此时合金的硬度为231.8 HV0.2、抗拉强度为568 MPa、伸长率为2.8%、电导率为33.7%IACS;最佳的第二级时效制度为155 ℃×4 h,此时合金的硬度为216.9 HV0.2、抗拉强度为558.7 MPa、伸长率为4.1%、电导率为35.2%IACS。     

轧制工艺对TC4合金板材组织性能的影响

利用正交试验法,选择轧制温度、β处理、轧制方法以及冷轧变形量作为主要影响因素进行了试验,对其力学性能和组织、晶粒度及表面缺陷的影响进行了分析研究。     

时效工艺对Al-Zn-Mg-Cu铝合金组织与性能的影响

向Al-Zn-Mg-Cu合金中添加0.22%的过渡族元素Ti,通过一级时效、二级时效与三级时效工艺处理,研究了时效工艺对含Ti铝合金的组织与性能的影响。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、微控万能试验机、显微硬度计等测试合金铸态组织及相析出分布形态、时效后力学性能与断口形貌等。结果表明:添加Ti元素可以细化晶粒、改善枝晶偏析并强化合金;一级时效态合金具有最高强度586 MPa,三级时效态合金具有最大硬度与最长伸长率,强度与一级时效态相当,分别为183.2 HV0.1、8.8%和579 MPa。三级时效对合金的力学性能提高最显著。     

时效工艺对Al-Zn-Mg-Cu合金组织和力学性能的影响

采用硬度测试、拉伸性能测试、透射电镜分析(TEM)、扫描电镜(SEM)断口形貌观察以及疲劳性能测试等研究3种时效工艺对轨道交通用Al-Zn-Mg-Cu合金组织和性能的影响。结果表明:三级时效(120℃,0.5h,WC)+(65℃, 240 h)+(120℃, 24 h)态合金的抗拉强度达到640.2 MPa,高于二级时效(120℃, 4 h)+(175℃, 6 h)态合金的477.7 MPa和四级时效(105℃, 7 h)+(120℃, 7 h)+(155℃, 4 h)+(175℃, 4 h)态合金的483.5 MPa;二级时效和四级时效态合金中微米量级第二相粒子数量多,且尺寸较大;而三级时效态合金中,无论是微米量级第二相还是晶内η′析出相,其尺寸都小于二级和四级时效态合金的;3种时效工艺疲劳试验试样的裂纹源均起于试样表层,在频率50 Hz、应力比为-1的加载条件下,二级时效、三级时效和四级时效态合金的疲劳极限分别约为145、239和180 MPa。     

Zr添加及热处理对Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能的影响

分别制备了Al-4.9Zn-1.4Mg-0.08Cu和Al-4.9Zn-1.4Mg-0.08Cu-0.18Zr两种合金,并对两种合金分别实施了T6、T73和RRA热处理,利用拉伸机测试含Zr合金和无Zr合金热处理前后的屈服强度和抗拉强度,利用显微硬度仪测试含Zr合金和无Zr合金热处理前后的硬度,利用透射电镜(TEM)观察含Zr合金不同热处理状态析出相成分和分布情况,研究了Zr元素的添加对Al-4.9Zn-1.4Mg-0.08Cu合金热处理试样力学性能的影响。研究表明,Zr元素的添加使得Al-4.9Zn-1.4Mg-0.08Cu合金平均晶粒尺寸减小一半,同时促进了合金中溶质原子的固溶强化及析出强化作用,使含Zr合金的硬度和强度提高较大;经T6或RRA热处理的含Zr合金中的强化相主要为η'相,且与基底保持整合的方向关系,析出强化效果较好;经T73热处理的含Zr合金中的η'相转变为η相,造成基底晶格应变减少,析出强化效果较差;因细晶和析出强化共同作用促进了含Zr合金力学性能提高,使该合金的屈服强度超出Hall-Petch公式预测的增加量。     

时效对喷射沉积Al-Zn-Mg-Cu合金组织和性能的影响

通过拉伸实验、三点弯曲法断裂韧性测定,借助光学显微镜、扫描电镜、透射电镜观察和X射线衍射分析等手段研究了时效对喷射沉积Al-9Zn-3Mg-2.5Cu.0.8Ni-0.8Zr合金的力学性能和组织的影响.结果表明,该合金经135℃×24 h时效能达到峰值强度(782 MPa),但韧性和延性较差;在175℃保温3h,韧性和延性有所提高,但强度大幅度降低;在135℃做第三级时效,能使强度回升至与峰值时效相当,达到770MPa,延性和韧性仍保持较高水平.     

Li对Al-Zn-Mg-Cu合金微观组织的影响

分别熔炼了含Li和不含Li的2种7XXX系合金，合金经过双级时效(120℃ 160℃)后，利用TEM研究了第二级时效峰值状态时的微观组织。结果表明，2种合金的沉淀强化相均是η′(MgZn2)。与不含Li合金相比，含Li合金具有更细小的析出强化相和更窄的沉淀无析出带(PFZs)。     

轧制轧制变形对Al-Zn-Mg-Cu合金中S相破碎情况的影响

针对传统的对称轧制方式难以破碎Al-Zn-Mg-Cu合金中粗大S(Al;CuMg)相的问题,根据蛇形轧制变形区的受力特点,通过主应力法分析了变形区内受力最小区域的应力,并建立了7055铝合金在蛇形轧制过程中粗大S相变形的微观有限元模型。采用建立的有限元模型对对称轧制、异步轧制和蛇形轧制过程中7055铝合金中S相的应变进行了模拟,开展了轧制实验和对S相形貌进行观察,对有限元模型的准确性进行了验证。结果表明:微观有限元模型准确可靠;随着非对称因素的增加,板材心部S相的破碎程度增加,即蛇形轧制>异步轧制>对称轧制;蛇形轧制板材表层S相较心部的应变更大、破碎程度更严重。     

淬火温度对超高强Al-Zn-Mg-Cu合金组织和与性能的影响

强度接近800MPa的超高强Al-Zn-Mg-Cu合金在航空工业上拥有广阔的应用前景,对结构轻量化具有重要意义,但较差的耐蚀性能限制了该合金的应用。本文通过控制淬火用的水介质温度（简称淬火温度）,在超高强Al-Zn-Mg-Cu合金晶间形成淬火析出相来调控耐腐蚀性能。研究对比了经不同温度淬火后的峰时效态微观组织、拉伸力学性能、晶间腐蚀性能以及剥落腐蚀性能,发现：提高淬火温度有助于形成晶内与晶间淬火析出相,促进时效析出相断续分布,并提高了晶间析出相中Cu元素含量;当淬火温度升高至80℃,室温拉伸强度性能仅下降了1.4%,但晶间腐蚀深度降低了约50%,剥落腐蚀由ED级优化为PC-EA级,但继续增加淬火温度则降低耐蚀性能。分析认为,淬火温度在60-80℃之间时,晶界区域形成的淬火析出相提高了晶界电位,阻断了腐蚀扩展通道,同时由于晶内淬火析出相的数量较少,在不显著降低力学性能的前提下提高了耐腐蚀性能。     

新型热机械处理对Al-Zn-Mg-Cu合金显微组织与性能的影响

通过拉伸实验、慢应变速率实验、剥落腐蚀实验、扫描电镜和透射电镜观察,研究新型热机械处理对Al-Zn-Mg-Cu合金显微组织及性能的影响。结果表明:冷变形最终热机械处理能够使合金在塑性不显著降低的情况下,提高合金的强度,温变形最终热机械处理能有效弥补常规最终热机械处理后伸长率较低的缺陷,同时能有效改善合金的抗剥落腐蚀性能;回归后冷变形可提高合金强度,但降低了合金的伸长率;回归后温变形处理能使合金获得良好的综合性能,如力学性能、抗应力腐蚀性和抗剥蚀性能。新型热机械处理改善合金性能的机理是合金晶粒形态、位错、初生相以及析出相等显微组织结构的协同作用。     

轧制工艺对Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金中LPSO相及其组织性能的影响

研究轧制+固溶+轧制工艺和固溶+轧制工艺对Mg-Gd-Y-Zn-Mn合金中LPSO相及其组织性能的影响。结果表明:经轧制+固溶+轧制工艺处理后,合金中块状LPSO相较小,且分布弥散,合金的组织由细小的再结晶晶粒组成,最终合金获得较好的综合力学性能,抗拉强度(UTS)达到347 MPa,伸长率(EL)为11.6%;经固溶+轧制工艺处理后,合金中块状LPSO相较粗大,分布不均匀,由于固溶退火后析出的层状LPSO相阻碍合金的再结晶,轧制后合金中仍存在变形组织,最终合金具有相对较高的抗拉强度(UTS为358 MPa),但是伸长率较低(EL为6.6%);对比而言,轧制+固溶+轧制工艺易进行更大压下量轧制,进而获得更高综合力学性能。     

Zr含量对Al-Zn-Mg-Cu超高强合金显微组织与性能的影响

通过OM、硬度测试、拉伸测试、晶间腐蚀测试等,研究了Zr含量对Al-Zn-Mg-Cu超高强合金显微组织与性能的影响。结果表明:Zr元素能细化Al-Zn-Mg-Cu合金的组织,具有抑制再结晶效果。在0.3%～0.6%Zr,随着Zr含量的增加,Al-Zn-Mg-Cu合金的晶粒细化效果逐渐增加,再结晶程度逐渐降低。对不同Zr含量的Al-Zn-Mg-Cu合金进行470℃×2 h固溶处理、水淬,再进行120℃×6 h+155℃×12 h的双级时效处理,随着Zr含量的增加,Al-Zn-Mg-Cu合金的抗拉强度、硬度、抗晶间腐蚀性能逐渐降低。Zr含量0.3%的合金抗拉强度、硬度达到最大值,分别为624 MPa、196 HV。     

轧制变形对建筑用Al-Mn合金组织与性能的影响

采用累积叠轧工艺制备了1 mm厚的Al-Mn和Al-Mn-Er-Zr合金,研究了累积叠轧道次对Al-Mn和Al-Mn-Er-Zr合金显微组织、拉伸性能、显微硬度和微观结构的影响,分析了累积叠轧和微量元素Er、Zr的作用机理。结果表明:随着累积叠轧道次的增加,Al-Mn和Al-Mn-Er-Zr合金板的界面结合数不断增加,界面结合质量有所提高,且相同累积叠轧道次下Al-Mn-Er-Zr合金板的界面结合质量更好;累积叠轧后Al-Mn和Al-Mn-Er-Zr合金板的强度相较于叠轧前有所提高,断后伸长率有所减小,而随着累积叠轧道次增加,强度和硬度不断增大而塑性变化较小;在相同的叠轧道次下,Al-Mn-Er-Zr合金的强度和硬度都要高于Al-Mn合金; Al-Mn和Al-Mn-Er-Zr合金叠轧后都会在形变区域形成亚晶和位错胞,且随着累积叠轧道次的增加,位错胞会逐渐转变为细小晶粒;相同叠轧道次下Al-Mn-Er-Zr合金中位错和亚晶密度会更高,这与Al-Mn-Er-Zr合金中形成了细小的钉扎位错和晶界的颗粒状Al3Er相有关。     

轧制与时效处理对Cu-Cr-Zr合金组织和性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、万能材料试验机、涡流金属电导仪等分析技术研究了30%、60%、90%变形量轧制与(450℃, 1 h)时效处理对Cu-1.0Cr-0.1Zr合金组织和性能的影响。结果表明:Cu-1.0Cr-0.1Zr合金经适当的冷变形和时效处理,其力学性能和导电性能都显著提高,在90%冷变形+(450℃, 1 h)时效后的综合性能最好,其抗拉强度、屈服强度、硬度、伸长率和导电率分别达到411.7 MPa、364.69 MPa、127.6 HV、25.72%和63.7%IACS。通过显微组织分析和理论计算可知,时效处理后,第二相的弥散析出是该合金获得高强度的重要原因,同时合金元素大量析出,使导电主体(Cu基体)中固溶原子减少,进而获得了较高的导电率。