淬火速率对含Sc(Zr)高强韧Al-Zn-Mg-Cu合金微观组织和力学性能的影响

通过末端淬火实验(JEQ)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)研究一种热挤压Al-Zn-Mg-Cu-Sc-Zr棒材的淬火敏感性。结果表明:随着距离淬火端越远,冷却速率从1800℃/min下降至111℃/min,合金硬度从150 HB下降至133 HB,抗拉强度从430 MPa下降至375 MPa。当冷却速率为131.2℃/min时,合金的硬度为135 HB,合金淬透深度约为93mm。随着冷却速率的降低,端淬时远离淬火端位置,平衡η相先后在晶界、晶内处析出、长大、粗化;时效后,析出的η′强化相的数量减小;时效后,合金内出现无沉淀析出带(PFZ),晶界的PFZ变宽,宽化至160 nm。     

轧制变形速率对7050铝合金板材淬火敏感性的影响

通过光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、电子背散射衍射以及硬度测试研究轧制变形速率对7050铝合金微观组织演变的影响,分析轧制变形速率影响合金淬火敏感性的微观机理。结果表明:变形速率较小时(5 s?1和8 s?1),合金再结晶分数低,试样中存在大量的亚组织结构,亚晶粒的尺寸较小,晶界较难分辨,为小角度晶界,固溶慢速淬火的试样中少量η平衡相在亚晶界上形核析出;随着变形速率的增加,亚晶长大,晶界平直逐渐向大角度晶界转变,η平衡相在晶界上析出增加,在亚晶内部亦有明显析出;当变形速率升高至15 s?1时,固溶后试样的再结晶百分数明显增加,在大角度晶界处以及再结晶晶粒内出现大量非均匀形核析出,同时,在亚晶区域观察到较多析出,与微观组织演变对应,合金时效态硬度性能测试结果表明:随着轧制变形速率增加,慢速淬火的试样力学性能损失变大,合金淬火敏感性增加。     

7B50铝合金淬透性及其临界平均冷却速率的研究

本研究通过7B50合金改进型Jominy样品表面喷水淬火实验,在获得实测冷却曲线、不同时效状态合金的电导率和硬度的基础上,结合自然时效状态合金的微观组织,对7B50合金的淬透性及其临界平均冷却速率展开研究。结果表明:7B50合金自然时效50 d的淬透深度为70 mm,对应淬火敏感温度区间(420～230℃)内的平均冷却速率为1.55℃×s~(-1);先自然时效50 d再人工峰时效合金的淬透深度减至60 mm,对应的平均冷却速率为1.95℃×s~(-1);与自然时效状态相比,先自然时效再人工峰时效处理后合金的淬透性变差,淬火敏感性增加。表面喷水淬火时,非均匀析出相首先在晶界/亚晶界上析出,然后在基体内的Al_3Zr粒子上析出;晶界/亚晶界上观察到析出相,出现在距淬火表面仅3mm处,对应淬火敏感温度区间内的平均冷却速率高达981℃×s~(-1);基体内零星析出尺寸较小的非均匀析出相,出现在距淬火表面10mm处,对应的平均冷却速率为37.75℃×s~(-1)。喷水淬火后,距淬火表面25 mm处的性能与淬火表面处相比变化不大,该位置对应的平均冷却速率为9.34℃×s~(-1),远小于淬火表面处,控制7B50合金厚板的喷水淬火过程,使厚板内部的平均冷却速率接近但不低于9.34℃×s~(-1),厚板淬火-时效后将获得较好的性能。     

微量Sc对7085铝合金淬火敏感性的影响

采用末端淬火实验、光学显微镜、差热分析、能谱仪和透射电镜研究微量Sc对7085铝合金淬火敏感性的影响。结果表明:在7085铝合金中添加Sc会提高该合金的淬火敏感性。添加Sc后,会在基体中形成弥散分布的Al3(Sc,Zr)粒子,该粒子能够稳定亚晶,强烈抑制再结晶,增加晶界数量;在淬火过程中,随着冷却速度的降低,粗大的平衡η相以Al3(Sc,Zr)粒子为异质形核核心析出,同时也在亚晶界上大量析出长大;η相的析出,降低了基体固溶体的过饱和度,提高了合金的淬火敏感性。     

热变形参数对Al-Zn-Mg-Cu铝合金淬火敏感性的影响

采用热压缩试验、光学显微镜和透射电子显微镜研究热变形参数对Al-Zn-Mg-Cu铝合金淬火敏感性的影响。结果表明:随Z参数值增加,硬度先增加后减小,再结晶程度和淬火敏感性则先减小后增加,在ln Z为28.44～28.62的范围内,室温水淬硬度值最大,为188.8HV,而再结晶分数最小,为3.5%,空气淬火较室温水淬火硬度下降率最小,为2.5%。根据Z参数值范围确定淬火敏感性最小区间对应的热变形加工制度为变形温度387～434℃、变形速率0.23～1.23 s_(-1),变形温度443～450℃、变形速率0.61～1.77 s_(-1)。淬火敏感性是由于微观组织中的Al_3Zr粒子、晶界及亚晶界析出粗大η相导致过饱和固溶体溶度降低所致。不同的热变形制度会导致组织中Al_3Zr粒子相界、晶界及亚晶界含量不同。当三者协同影响最小时,合金具有最小的淬火敏感性。随着Z参数值增加,Al_3Zr粒子尺寸及与基体的错配度与再结晶程度趋势相同,尺寸与错配度越小析出粗大η相尺寸越小,面积分数越低。     

7055铝合金厚板的淬透性

通过末端淬火的方法研究7055铝合金厚板的淬透性,采用透射电子显微镜对微观组织进行分析。结果表明:该合金板材的淬透深度可达45 mm,使其淬透的冷却速率需大于230℃/min;随着冷却速率的减小,淬火过程析出平衡相的数量和尺寸增加,时效后析出的η′沉淀强化相的数量减少,晶界无沉淀析出带宽度增加;在所研究的冷却速率范围内,时效后铝合金板材的硬度、晶界无沉淀析出带宽度与冷却速率的对数均呈线性关系。     

7050铝合金的TTP曲线

通过分级淬火方法获得7050铝合金的时间-温度-性能(TTP)曲线.结果表明:合金TTP曲线的鼻尖温度为330 ℃,淬火敏感温度区间为240～420 ℃;等温保温时,过饱和固溶体分解析出第二相粒子,在330 ℃附近,第二相(主要为η平衡相)的析出速率达到最高;随着时间的延长,晶内η相数量增加、尺寸变大,时效后粒子周围出现无沉淀析出区,导致强化效果显著降低;晶界处η相粒子粗化,由不连续分布形貌转变为连续分布形貌,无沉淀析出带宽化;鼻尖温度的高相变驱动力和较快的扩散速率是η相析出和长大的主要原因,建议在淬火敏感区间应加快淬火冷却速率避免平衡相的析出,而高于淬火敏感区间温度时可适当降低冷却速率减小热应力的影响.     

均匀化对7050铝合金板材淬火敏感性的影响

通过光学显微镜、透射电镜以及力学性能测试,研究均匀化制度对7050铝合金板材组织演变的影响。将合金固溶后在不同速率淬火,研究均匀化制度对该合金淬火敏感性的影响。结果表明:固溶后慢速率淬火过程中,平衡相η主要位于再结晶晶粒中Al3Zr粒子的相界、再结晶晶界、亚晶晶界以及亚晶中与位错交互作用的少量Al3Zr粒子上形核析出;均匀化时间较短时(室温,120℃/h升温至465℃,8h),合金中析出少量Al3Zr粒子,固溶后的试样发生完全再结晶,此时合金淬火敏感性最好,但硬度较低;延长保温时间至20h(室温,120℃/h升温至465℃,20h),试样中析出大量Al3Zr粒子,但分布不均匀,从而导致轧制固溶后的试样依然明显再结晶,合金淬火敏感性较差;采用快速升温的双级均匀化制度((室温,120℃/h升温至465℃,20h)+(475℃,8h)),Al3Zr粒子有所长大,淬火敏感性最差;采用慢速随炉升温((室温,18℃/h升温至465℃)+(475℃,8h))的双级均匀化制度,合金中将弥散析出大量细小的Al3Zr粒子,固溶后的再结晶得到有效抑制,较多η相在亚晶界上的非均匀形核析出在一定程度上增加了合金的淬火敏感性,但该制度处理的合金仍优于再结晶程度较高的快速升温双级均匀化制度的。     

淬火速率对7136铝合金应力腐蚀开裂敏感性的影响

针对7xxx系铝合金的抗应力腐蚀性能对淬火速率敏感的问题,通过浸入式末端淬火和慢应变速率拉伸实验研究了淬火速率对7136铝合金应力腐蚀开裂(SCC)敏感性的影响规律。结果显示,随着淬火速率的减小,合金的SCC敏感性先增高后降低,淬火速率约为5.3℃/s时的SCC敏感性最高;SCC裂纹扩展方式由穿晶扩展转变为沿晶扩展。淬火速率越小淬火析出相越多,尺寸越大,晶界和亚晶界附近的无沉淀析出带越宽。淬火速率大于5.3℃/s时,晶界析出相中Zn、Mg元素含量随淬火速率减小迅速增加,而淬火速率小于5.3℃/s后,Cu元素含量迅速增加。晶界和亚晶界析出相形貌特征以及晶界析出相化学成分的变化是SCC敏感性随淬火速率减小先增加后降低的主要原因。     

时效过程中亚晶界析出演变对7050铝合金性能的影响

采用光学显微镜、电子背散射衍射和透射电镜,研究亚晶界析出演变对7050铝合金时效过程电导率和冲击韧性的影响。结果表明:亚晶界上析出相转变后,在二级时效过程中完成长大过程,并使电导率升高,冲击韧性降低。时效过程中亚晶界取向差增大,有利于η′相在亚晶界形核。一级时效升温至二级时效使亚晶界η′相转变为η相,且电导率升高13.04%,冲击韧性降低53.91%。二级时效过程中,亚晶界η相持续转变长大、无析出自由区宽化以及晶内析出量增加,导致电导率升高,冲击韧性降低。统计Graff试剂侵蚀金相中的晶界长度演变确定亚晶界η相的转变长大完成过程为(121℃,360 min)+(177℃,60 min)。     

均匀化退火工艺对7050铝合金组织演变与再结晶影响

研究了均匀化退火工艺对7050铝合金铸态组织演变、Al₃Zr弥散相析出及其变形组织再结晶的影响。研究结果表明：均匀化退火过程中缓慢升温时，Zn元素扩散速率明显高于Mg元素和Cu元素，且Zn在铝基体中的固溶度较大，所含的Zn元素扩散回溶到铝基体后，T相(AlZnMgCu相)转变成高熔点的S相(Al₂CuMg相);采用低温段缓慢升温替代低温段保温工艺，同样能够促进Al₃Zr弥散相的形核析出，对抑制后续变形组织再结晶有同等效果。7050铝合金铸锭的均匀化退火温度可采用470℃+480℃复合均匀化制度，通过合理控温工艺即可促进Al₃Zr弥散相的均匀析出，同时有效消除低熔点T相和高熔点S相，该工艺可推广应用至7050铝合金工业化生产，达到提质降本增效作用。     

铜元素含量对超高强铝合金力学性能淬火敏感性的影响

采用浸入式末端淬火的方法,结合硬度、电导率测试和相图、连续冷却转变曲线计算,通过电子背散射衍射分析、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等微观组织表征方法,研究铜元素含量对超高强AlZn-Mg-Cu合金力学性能淬火敏感性的影响。结果表明：淬火速率从400℃/s降低至70℃/s时,铜含量几乎不影响合金的淬火敏感性;淬火速率从70℃/s降低至4℃/s时,随着铜含量增加,析出驱动力增大,淬火析出相的种类和数量增多、尺寸增大,消耗的相对溶质原子数量增多,合金的淬火敏感性也随之提高;根据晶界及晶内淬火析出相的面积分数差异,发现晶内淬火析出相的数量差异是造成不同合金淬火敏感性差异的主要因素。     

Al-Zn-Mg-Cu合金冷却过程中组织演变及其动力学分析(英文)

采用透射电镜(TEM)和差示扫描量热法(DSC)相结合的分析方法,研究不同冷却速率条件下固溶态Al-Zn-Mg-Cu合金冷却过程中的组织演变,并根据DSC结果对该过程进行动力学分析。结果表明:在冷却过程中,合金的主要相转变是η相(MgZn2)的析出,且η相在晶内弥散体处以及晶界上形核析出。η相的析出量随着冷却速率的增大而明显减少,当冷却速率从5℃/min增大到50℃/min时,η相的析出量减少了约75%。在冷却速率恒定的情况下,可以根据DSC曲线,使用Kamamoto相变模型来描述η相的析出过程。     

淬火介质对7050铝合金板材显微组织和力学性能的影响

采用硬度测试、室温拉伸和透射电子显微镜等手段研究了淬火介质对7050铝合金板材显微组织和力学性能的影响。结果表明,当水淬、油淬和空气淬火时,合金板冷却速率依次减小,合金板时效后的硬度和室温拉伸性能依次降低。当冷却速率减小时,合金中析出了粗大的η平衡相,这不仅没有强化效果,反而减少了后续时效过程沉淀强化相的数量:此外在合金晶界附近形成了很宽的较基体更软的无沉淀析出带。     

淬火弹性应变能对7050铝合金时效亚晶界演变的影响

研究7050铝合金型材在固溶淬火与分级时效各阶段亚晶界的演变,阐明亚晶界形成与晶粒内取向梯度的关系。结果表明:固溶淬火后长轴为200μm、短轴为80μm的纺锤状粗晶组织经过(121℃,360 min)+(177℃,60 min)双级时效处理后,被分割碎化成20μm左右的等轴状细小亚晶组织。电子背散射衍射技术(EBSD)证实碎化由小角度晶界分割造成,且固溶淬火后晶面的弯曲程度经时效后降低了77.8%。透射电镜(TEM)结果表明,时效过程使淬火散乱位错逐步形成位错列和小角度晶界。二级时效时MgZn2相在亚晶界上析出,促进了Graff试剂的侵蚀效果,使得在光学显微镜(OM)下可观察到亚晶界。     

淬火析出对Al-Zn-Mg-Cu合金时效行为的影响(英文)

采用硬度测试、光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)和差示扫描量热法(DSC)研究淬火和时效(T6、T7、RRA)对Al-Zn-Mg-Cu合金微观组织的影响。研究发现水淬合金经T6时效后的硬度最高。T7和RRA时效后样品的淬火敏感性相当,较T6时效的高1.2%。TEM观察表明,合金的淬火敏感性主要是由缓慢冷却时非均匀析出引起的。大量η相在再结晶晶粒内的Al3Zr弥散粒子和(亚)晶界上形核,而S和T相在有高密度位错和缺陷的亚结构区生成。时效后,平衡η相周围的η'相更加粗大。经T6、T7、RRA处理后,这些析出相的尺寸和形貌呈现出不同的特征。DSC结果与TEM观察结果一致。T6态的DSC曲线和T7、RRA态的不同,反映了不同的微观组织。     

形变热处理对Al-Zn-Mg-Cu合金板材组织与硬度的影响

研究了形变热处理(TMT:固溶—淬火—预析出—轧制)Al-7.81Zn-1.81Mg-1.62Cu合金板材中MgZn2等第二相粒子的析出形貌和数量及其对板材组织、织构和硬度的影响.结果表明,在TMT过程中形成的纳米/亚微米尺寸MgZn2粒子,在固溶处理过程中对亚晶界/晶界迁移形成了强烈的阻碍作用,但不会诱发粒子激发形核...     

回归再时效对高锌7000系铝合金微观组织和性能的影响

采用拉伸实验、硬度测试、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)﹑扫描电镜(SEM)等方法研究了回归及回归再时效处理对喷射沉积高Zn(质量分数为12%)7000系铝合金的微观组织及力学性能的影响。结果表明,该合金经峰值时效处理(120℃×14 h)后,晶内主要强化相为GPⅡ区,晶界析出相呈连续分布;经回归处理(180℃×0.5 h)后,晶内主要强化相为较小的η'相,晶界析出相明显粗化;采用回归再时效处理(120℃×14 h+180℃×0.5 h+120℃×14 h)后,晶内析出物为亚稳定的η'相和稳定的η相,晶界析出相为不连续分布的η相;对η相高分辨像进行解卷处理,利用jems软件构建η相晶胞并模拟其高分辨像,最终确定η相各原子所在的位置。回归时效实验合金的抗拉强度达到890 MPa,伸长率为9.2%,断口为沿晶和穿晶混合断裂。     

回火温度对960MPa级工程机械用钢组织及析出相的影响

采用透射电子显微镜研究了960 MPa级工程机械用钢淬火及不同温度回火后显微组织及析出相的变化规律.结果表明:920℃淬火后,显微组织以板条马氏体为主,还有极少量孪晶马氏体,马氏体发生自回火现象.在400℃以下回火,(Ti,Nb)(C,N)尺寸和数量没有明显变化.500℃回火后,在晶界和亚晶界开始析出(Fe、Mn、Cr)3C合金渗碳体.600℃回火后,在晶内和晶界析出(Fe,Mn,Cr,Ni,Mo,V)3C合金渗碳体,Mo2C大量析出.650℃回火后,VC大量析出,发生再结晶,开始多边形化.     

6082铝合金热变形过程中的动态再结晶行为

借助电子背散射衍射(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)研究6082铝合金在623～773 K和0.01～5 s~(-1)条件等温热压缩时的动态再结晶行为。结果表明:6082铝合金真应力-应变曲线虽无明显单峰值特征,但仍发生动态再结晶,并且动态再结晶程度与Z参数紧密相关。在ln Z=24.9014(723 K, 0.1 s~(-1))热压缩时,动态再结晶体积分数最高,为38.6%。应用加工硬化率确定了动态再结晶初始临界应变,建立临界应变与Z参数之间的定量关系,得到动态再结晶临界应变方程。结合EBSD分析测试结果建立6082铝合金动态再结晶动力学模型。微观组织分析发现,原始晶粒内形成的亚晶结构随着变形的进行持续吸收位错,其取向差不断增大至大角度晶界,从而形成新的再结晶晶粒。在原始晶界附近通过亚晶界迁移引起亚晶粗化,使其小角度晶界形成大角度晶界的连续动态再结晶是其动态再结晶的主要机制。