热压缩-ECAP-热压缩-预回复-固溶-时效下7085铝合金组织性能及各向异性

以自主熔炼的7085铝合金(Al-7.0Zn-1.41Mg-1.50Cu-0.14Zr-0.023Sr)为实验对象,通过EBSD、XRD、硬度及电导率、拉伸性能、晶间腐蚀及剥落腐蚀试验,研究了热压缩—ECAP—热压缩—预回复—固溶—时效态下7085铝合金不同方向的组织与性能。研究表明:ECAP后续增加的热压缩处理进一步促进了合金的再结晶,消除了大部分ECAP加工后的位错和亚晶,小角度晶界比例提高,平均晶粒尺寸变大。热压缩对合金硬度和电导率峰值大小影响不大,抗拉强度和屈服强度降低,塑性变化不大,同时力学性能的各向异性变大。抗晶间腐蚀性能和抗剥落腐蚀性能均有所提高,但是相比于热压缩—ECAP—预回复—固溶—时效处理,其抗腐蚀性能的各向异性变大。     

压缩大变形对7085铝合金固溶-时效组织性能的影响

采用拉伸试验、X射线衍射分析(XRD)、电子背散射衍射分析(EBSD)、晶间腐蚀试验和剥落腐蚀试验等方法,研究了压缩大变形(20%压缩、45%压缩)对7085铝合金固溶-时效组织性能的影响。结果表明:压缩大变形能提高合金的拉伸强度(从440.9 MPa分别提升到481.2 MPa和514.5 MPa),显著细化晶粒尺寸(平均晶粒尺寸从31.580μm分别降低到7.414μm和6.469μm),压缩大变形还能提高合金的抗晶间腐蚀性能和抗剥落腐蚀性能,定量分析显示,压缩大变形处理显著提高了位错强化和小角度强化的总强化。     

热机械处理对Al-10.78Zn-2.78Mg-2.59Cu-0.22Zr-0.047Sr铝合金固溶时效态组织及力学性能的影响

以固溶-时效和热机械处理(TMT)(固溶-过时效-热压缩)-固溶-时效加工的超高强铝合金Al-10.78Zn-2.78Mg-2.59Cu-0.22Zr-0.047Sr为实验对象,分别采用电子背散射衍射(EBSD)、X射线衍射(XRD)、硬度测试和拉伸试验研究合金组织晶粒晶界特征分布、内部的位错密度和力学性能,并定量计算位错强化和晶界强化值。结果表明:热机械处理对合金晶粒细化影响不显著,平均晶粒尺寸从7.30μm减小至6.04μm,晶界角度从21.45?下降到21.04?,小角度晶界比例从0.588下降到0.546;TMT使峰时效硬度从2146 MPa(120℃/48 h)提高到2268 MPa(100℃/48h),但对强度影响较小,二者屈服强度均为600 MPa左右,拉伸断口均为沿晶和撕裂混合断裂。合金分别经固溶及TMT-固溶后,晶界位错密度均为零,TMT使位错强化与晶界强化的总强化从58.8 MPa下降到57.4 MPa。     

固溶-冷变形-预回复对Al-13.01Zn-3.16Mg-2.8Cu-0.204Zr-0.0757Sr铝合金组织与性能的影响

采用X射线衍射分析(XRD)、电子背散射衍射分析(EBSD)、电导率测试、硬度测试、拉伸试验、晶间腐蚀试验和剥落腐蚀试验,研究了固溶冷变形-预回复对超高强铝合金Al-13.01Zn-3.16Mg-2.8Cu-0.204Zr-0.0757Sr固溶组织、时效及性能的影响。结果表明,预回复对固溶冷变形态下超高强铝合金的性能改善作用不大。相比固溶—冷压缩—固溶—时效和固溶—冷压缩—预回复—固溶—时效工艺,合金在固溶—冷压缩—时效工艺下具有更优秀的平均晶粒尺寸,硬度、低角度晶界比例、抗拉强度、屈服强度和抗晶间腐蚀性能。其中固溶—冷压缩—时效工艺下合金的屈服、抗拉强度达到了683.2 MPa、734.7 MPa,伸长率为6.1%,且晶间腐蚀深度为23.81μm,晶间腐蚀等级为二级。相比另外两种工艺,该工艺下合金屈服强度的贡献主要是来自位错强化和低角度晶界强化。     

拉/压冷变形对2A14铝合金时效强化的影响

利用X射线衍射仪和DSC差热扫描量热仪进行测试,结合铝合金的析出相强化和位错强化理论模型,研究了在固溶-拉/压冷变形-时效过程中2A14铝合金强度的变化规律。结果表明:相比于压缩冷变形,拉伸冷变形引入的位错密度较大,因而位错强化作用更强;拉伸冷变形欠时效阶段(θ相析出之前)促进合金中强化相θ′相的析出,过时效阶段(θ相析出之后)抑制θ相的析出,拉伸冷变形的析出强化效果更好。经过拉伸冷变形的2A14铝合金时效强化效果更加显著。     

预回复对7085铝合金各向组织与性能的影响

通过对比分析热压缩-预回复-固溶(CPS)-时效工艺和热压缩-固溶(CS)-时效工艺,探究了预回复对7085铝合金不同方向的微观组织与性能的影响。结果表明:预回复处理不仅改善了晶粒等轴性,抑制再结晶,保留了合金位错密度,细化了晶粒尺寸(Y方向平均晶粒尺寸从18. 02μm降为10. 65μm),并且提高了合金中小角度晶界的比例。提高了7085铝合金的抗剥落腐蚀性能和抗晶间腐蚀性能,Y方向晶间腐蚀深度仅为19. 65μm。此外,合金的抗拉强度和屈服强度提高,塑性有所降低。合金抗腐蚀性能和力学性能存在各向异性。     

固溶-冷变形-时效工艺下超高强Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的组织及性能

采用X射线衍射分析(XRD)、电子背散射衍射分析(EBSD)、电导率测试、硬度测试、拉伸试验、晶间腐蚀试验和剥落腐蚀试验,研究了冷变形对超高强Al-13.01Zn-3.16Mg-2.8Cu-0.204Zr-0.0757Sr铝合金组织及性能的影响。结果表明,相比传统固溶-时效工艺,合金在固溶-冷压缩-时效工艺下平均晶粒尺寸减小,硬度、电导率、小角度晶界比例、抗拉和屈服强度增大和抗腐蚀性能变好。在固溶-冷压缩-时效(100℃/24 h)工艺下合金的硬度、电导率、屈服、抗拉强度达到了2430 MPa、25.085%IACS、683.2 MPa和734.7 MPa,延伸率为6.1%,且晶间腐蚀深度为28.57μm,晶间腐蚀等级为二级。     

预回复工艺对7085铝合金组织与性能的影响

采用X射线衍射分析(XRD)、电子背散射衍射分析(EBSD)、电导率测试、硬度测试、拉伸试验、晶间腐蚀试验和剥落腐蚀试验等方法,研究了预回复工艺对7085铝合金组织与性能的影响。结果表明,固溶前的预回复处理对合金的晶体取向存在一定影响,降低了位错密度,细化了晶粒尺寸(平均晶粒尺寸从7.414μm降到6.809μm),提高了硬度(从199.0 HV提高到212.5 HV)、屈服强度(从481.2 MPa提高到552.4 MPa)、抗拉强度(从528.2 MPa提高到582.0 MPa)。此外,预回复处理明显提高了合金的抗晶间腐蚀性能,但是合金的电导率略有降低,抗剥落腐蚀性能也略微下降。定量分析显示,预回复显著提高了固溶强化和时效沉淀强化的总和,这也是合金强度提高的主要原因。抗剥落腐蚀性能的降低可以归因于合金低角度晶界百分比的降低。     

常规固溶态2024铝合金ECAP加工后的拉伸性能

在室温下对处于常规固溶处理态的2024高强铝合金成功实现了等效应变为0.5的等通道转角挤压(ECAP),将形变强化、时效强化和结构细化强化三者有机组合,制备出超高强铝合金,其硬度、屈服强度、伸长率分别高达1770MPa,550 MPa和14%.研究结果首次证明,固溶处理+室温ECAP+时效是提升常规高强铝合金的强度、制取超高强铝合金的一条有效途径.     

常规固溶态2024铝合金ECAP加工后的拉伸性能

在室温下对处于常规固溶处理态的2024高强铝合金成功实现了等效应变为0.5的等通道转角挤压(ECAP),将形变强化、时效强化和结构细化强化三者有机组合,制备出超高强铝合金,其硬度、屈服强度、伸长率分别高达1770MPa,550 MPa和14%.研究结果首次证明,固溶处理+室温ECAP+时效是提升常规高强铝合金的强度、制取超高强铝合金的一条有效途径.     

大塑性变形6013铝合金的时效特性与力学性能

利用X射线衍射分析（XRD）、差示扫描量热法（DSC）和拉伸试验,研究不同温度等通道转角挤压（ECAP）和常规静态时效处理后6013 Al-Mg-Si铝合金的微观结构、时效行为、析出动力学以及力学性能。XRD测得的ECAP变形后合金的平均晶粒尺寸在66-112 nm范围内,平均位错密度在1.20×10^14-1.70×10^14 m^-2范围内。DSC分析表明,由于ECAP后试样比常规时效处理试样拥有更细小的晶粒和更高的位错密度,因此,ECAP变形后合金的析出动力学更快。与未变形合金相比,ECAP后试样的屈服强度和抗拉强度都得到了显著提高。室温ECAP后试样的强度达到最大,其屈服强度是静态峰时效屈服强度的1.6倍。细晶强化、位错强化以及由于ECAP过程中的动态析出而产生的析出相强化,是ECAP合金获得高强度的几种主要强化机制。     

等径角挤压2A12铝合金超细晶组织结构研究

使用Φ=90°和ψ=30°的挤压模具在室温下对2A12铝合金进行了8次等径角挤压,成功制备了晶粒尺寸为200nm左右、具有大角度晶界的块体超细晶材料,并且采用HitachiS-800透射电镜,研究了挤压过程中2A12铝合金的组织结构及其变化。结果表明挤压一次后,晶粒内位错密度急剧增加,形成位错纠缠,晶粒细化效果最明显;挤压前分布在α-Al基体上的针状第二相Al2Cu和颗粒状Al2Cu Mg,在剪切力的作用下,针状Al2Cu变成颗粒状,弥散分布在α-Al基体上,Al2CuMg颗粒因晶粒细化进入了晶界位置,而且在以后的挤压中,这些化合物颗粒大小基本保持不变。继续挤压,位错逐渐由晶内移动到晶界上,在晶界上形成胞状组织,最后逐渐变成了清晰的小角度晶界或大角度晶界,从而实现组织的超细化。     

金属间化合物Ag3Sn对Sn3.8Ag0.7Cu焊料合金拉伸性能的影响

利用不同凝固速率和等通道挤压法制备不同组织结构的Sn3.8Ag0.7Cu合金,使其包含不同形貌、大小及分布的Ag3Sn金属间化合物;拉伸曲线的比较分析和变形后组织的电镜观察表明,大的针状化合物对合金起着纤维增强的作用,但自身脆性断裂造成空洞,降低了材料的塑性;微细颗粒状化合物起着弥散强化作用,分布在小的等轴晶粒晶界上的化合物颗粒能够阻碍晶界的滑动,起到增强的作用.     

Strong and ductile Al–Zn–Mg–Zr alloy obtained by equal angular pressing and subsequent aging

An ultrafine-grained Al–Zn–Mg–Zr alloy with superior mechanical performance was obtained by high passes of equal angular pressing (ECAP) and subsequent aging. After 8 ECAP passes and aging, the yield strength (YS) and ultimate tensile strength (UTS) of the solid-solutioned alloy are significantly improved from (98±10) and (226±7) MPa to (405±9) and (427±9) MPa, respectively. A large elongation is also maintained ((17.4±2.5)%). The microstructure features including grain refinement, morphology of precipitates, and dislocation density, were revealed with multiscale characterizations, including transmission electron microscopy, electron backscattered diffraction, and X-ray diffraction. After 8 passes of ECAP, the original coarse elongated grains are refined to a unique bimodal grain structure consisting of ultrafine equiaxed and lath-like grains. Additionally, the effects of ECAP and subsequent aging on the strengthening contribution of a variety of strengthening mechanisms, such as dislocation strengthening and precipitation strengthening, were discussed in detail.     

预回复对Al-11.5Zn-3.5Mg-2.3Cu-0.24Zr挤压材固溶-T652组织与性能的影响

采用硬度与电导率测试、拉伸试验、晶间腐蚀和剥落腐蚀试验并借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)等方法,研究了预回复退火对Al-11.5Zn-3.5Mg-2.3Cu-0.24Zr铝合金挤压材固溶-T652处理组织与性能的影响。结果表明:与未经预回复退火相比,预回复退火可有效抑制合金的再结晶,细化晶粒尺寸,降低平均晶界角度,显著提高低角度晶界百分比;预回复退火能够保持同等抗拉强度的情况下,提高该合金的屈服强度和抗腐蚀性能;位错强化和低角度晶界强化是合金屈服强度提高的主要因素。     

固溶-时效对新型高强高淬透性热挤压Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织与性能的影响

采用力学性能测试、金相观察（OM）、X射线衍射（XRD）、透射电子显微分析（TEM）研究了固溶-时效工艺对Al-6. 6Zn-1. 8Mg-0. 24Cu-0. 23Mn-0. 21Zr（wt%,7046A）合金挤压板带显微组织与力学性能的影响。结果表明:合金适宜的固溶-时效工艺为470℃×1 h固溶随后120℃×24 h人工时效。在此条件下,合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为570 MPa、532 MPa和10. 9%。T6态合金的物相组成为Al基固溶体、含Mn和Zr的初晶相以及3～5 nm的η’（MgZn₂）析出相,与此同时,晶界上析出η（MgZn₂）平衡相。合金的强化机制为固溶强化、亚结构强化和时效强化。      

等温往复镦粗-挤压对Mg-Re-Zn合金微观组织和室温力学性能的影响

对Mg-9Gd-3Y-2Zn-0.5Zr合金在420℃恒定温度下进行了4道次等温往复镦挤变形实验,研究了等温往复镦挤过程中合金微观组织和室温力学性能的变化规律。研究表明:随着等温往复镦挤变形道次的逐渐增加,动态再结晶发生,晶粒细化效果明显,这是主要是因为LPSO相附近产生的应力集中阻碍了位错运动,产生位错堆积,从而促进了动态再结晶。4道次加工后,初始态合金中在晶界处不连续分布的大块状相转变为在基体中均匀分布、沿挤压方向排列的小尺寸块状相。在整个变形过程中,合金内部的析出相较初始态合金并未明显变化,这表明在整个变形过程中没有新相生成。此外,经过4道次等温往复镦挤加工,合金的力学性能较初始态合金得到了显著提高,其极限抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为327.70 MPa、247.95 MPa和9.60%,这是位错增殖、细晶强化、第二相LPSO相强化综合作用的结果。     

激光冲击铝合金微结构演化及力学行为的分子动力学模拟

目的 揭示激光冲击铝合金的微结构演化过程及塑性变形机制,探究残余应力产生的机理,为激光冲击提升铝合金力学性能提供理论参考。方法 基于分子动力学模拟,采用活塞冲击法实现多晶铝合金(Al-Mg-Zn-Cu)在不同加载速度下的冲击强化。利用共邻分析法和位错提取法,研究铝合金的微结构演化过程、位错分布以及激光冲击影响铝合金力学性能的内在机理。结果 在冲击波加载阶段,当高速冲击波作用时,铝合金出现大量滑移系,产生高密度位错。在保载阶段,位错集中在晶界附近,导致多晶铝合金发生晶界塑性变形。在卸载阶段,不同类型位错之间进行了相互转化。铝合金两端晶粒和晶界的塑性变形,导致了残余压应力的产生。对完全卸载后的铝合金进行单轴拉伸模拟,发现0.7 km/s和1.0 km/s的冲击速度下,残余压应力抵消了部分拉伸应力,变形晶界附近产生新的位错,且晶界发生迁移和合并,导致极限应力分别提升15%和22%。结论 激光冲击对Al-Mg-Zn-Cu铝合金的微结构及力学性能影响显著,在高速冲击波作用下,铝合金两端发生剧烈的塑性变形,导致残余压应力的产生。单轴拉伸时,残余压应力抵消了部分拉伸应力,且铝合金晶粒内发生原子变形产生新的位错,同时晶界发生运动,最终使得极限应力增大,铝合金的力学性能得到提升。     

Evolution of microstructure and strengthening of 7050 Al alloy by ECAP combined with heat-treatment

A study was conducted on the structures and properties of industrial 7050 Al alloy produced by severe plastic deformation through equal-channel angular pressing (ECAP). Special attention was paid to effect of heat-treatments on the structures and properties of the material. Four conditions were studied: (1) pre-ECAP annealing and post-ECAP aging; (2) pre-ECAP annealing, post-ECAP short-annealing and aging; (3) pre-ECAP annealing, post-ECAP short-annealing, ECAP repeated and aging and (4) pre-ECAP quenching and post-ECAP aging. The results indicated that condition 4 was most effective in improving strength as compared to other three conditions, whereas, effectiveness of conditions 3, 2 and 1 were more inferior to each other, respectively. Three strengthening mechanisms namely: grain refinement strengthening, precipitation strengthening and dislocation strengthening were dominantly operative in the four conditions. Two grain refinement mechanisms were proposed: (1) some fine grains were formed through cutting off the large grains by the shear bands and (2) some fine grains were formed through recrystallization.