Al-Zn-Mg(Cu)合金的熱處理、微觀結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、Al-Zn-Mg(Cu)合金具有優(yōu)異的力學性能、抗腐蝕性能，尤其是高的比強度和比剛度，是重要輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，廣泛用于航空、航天、高速列車、汽車、船舶和建筑等行業(yè)。經(jīng)合理的成分設計、鑄造、加工成型和熱處理可以獲得良好的力學性能和抗腐蝕性能。由于實際應用中不斷提高對材料性能的要求，因此理解微觀結(jié)構(gòu)對合金宏觀性能的影響，進而指導合金的設計與制備顯得越來越重要。但是，過去由于技術的限制，學者們對一些強化相和第二相的研究仍然處于猜測和模糊的階段，甚

2、至有一些矛盾的觀點。現(xiàn)在高分辨電子顯微鏡和分析型電子顯微鏡新技術發(fā)展，使得從原子尺度研究鋁合金中析出相演變規(guī)律變得可行。聚焦離子束微區(qū)取樣制備透射電鏡樣品的技術，又進一步為透射電鏡準確觀察微區(qū)位置提供了可能。電子背散射衍射(EBSD)技術能提供更多合金中各種相的取向信息，從而為深化理解合金的力學性能和抗腐蝕機理提供了先進表征方法。因此，本論文充分利用上述材料微觀結(jié)構(gòu)表征技術，在研究商業(yè)合金的基礎上，通過改進熱處理工藝，獲得更優(yōu)異的宏觀力

3、學性能和抗腐蝕性能;通過優(yōu)化合金成分，獲得由T相前驅(qū)相強化的高強度合金。
　　本論文主要分為四個部分:
　　(1)設計了一種臨界多級固溶制度使7055鋁合金獲得高于470℃/1h單級固溶的抗腐蝕性能和強度。多級固溶能減少連續(xù)體體積分數(shù)，從而減少腐蝕過程中點蝕起源位置，更多溶質(zhì)原子溶解到基體造成的固溶強化及其在時效后析出更多沉淀相而獲得最佳析出相強化。系統(tǒng)表征多級固溶處理后形成的球形顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，解釋了球形結(jié)構(gòu)形成的機理。<

4、br>　　(2)利用HRTEM研究了7055鋁合金在120℃單級時效過程中析出相微觀組織和顯微硬度的關系。時效早期的GPⅡ區(qū)呈盤片狀分布在鋁的{111}晶面。時效到20h達到硬度峰值。此過程中，GPⅡ區(qū)保持其厚度不變。當沿著厚度方向長厚，則GPⅡ區(qū)開始向η囀變，合金硬度開始下降。η'沿著直徑方向長大時，硬度開始第二次上升。第二個峰值對應于較多η'。η'又轉(zhuǎn)變?yōu)棣乔膀?qū)相時，硬度再次下降。GPⅡ或者η'自身長大主要造成硬度提高，而轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?/p>

5、穩(wěn)定的中間相時硬度下降。
　　(3)研究設計的以T相或者T前驅(qū)相強化的1＃(Al-7.6Zn-2.55Mg)合金，可以獲得超過7150鋁合金的硬度，尤其是幾個納米大小的T相前驅(qū)相強化不同于傳統(tǒng)η系列強化機制。T相在120℃時效過程中和鋁基體共格，保持固定取向關系。通過XRD，SAED和HRTEM比較了7150，7N01和設計的1＃合金在150℃、200℃、340℃和420℃高溫時效1h之后的析出相。發(fā)現(xiàn)低Zn/Mg比的1＃合金在所

6、有溫度下以T相（T前驅(qū)相）作為強化相;高Zn/Mg比合金(7150和7N01)出現(xiàn)η系列析出相。高合金元素含量的7150鋁合金在420℃和340℃主要出現(xiàn)η相;低合金含量的7N01鋁合金在200℃出現(xiàn)η相，在420℃和340℃時析出相溶解。低溫(120℃)長時間時效一個月后，1＃合金析出相以T相為主;7150鋁合金析出相主要是三明治GPⅡ區(qū)，η'和一些η-p;7N01鋁合金析出相主要是GPⅡ區(qū)和η'。在200℃時效一個月后，1＃合金出現(xiàn)

7、粗大T相和少量的η相;7150和7N01鋁合金在200℃時效一個月后的析出相是η相;T相接近等軸狀多面體;η相呈桿狀或者棒狀，與鋁合金基體有多種取向。
　　(4)以總合金元素含量依次降低的四種商業(yè)合金（7055、7150、7075和7N01）為對象，研究單級峰值時效及高溫過時效下的抗晶間腐蝕腐蝕性能及微觀結(jié)構(gòu)。過時效提高合金電導率和抗晶間腐蝕能力，降低合金腐蝕電位，增大腐蝕傾向性，但降低自腐蝕電流，其原因是腐蝕產(chǎn)物能阻止自腐蝕;含

8、Cu合金隨著合金元素總含量減少抗腐蝕性能降低，不含Cu合金(7N01)的耐腐蝕性能最好。含Cu合金的抗晶間腐蝕性能差的原因主要是存在S相，而且S相隨著Cu含量增加而增加，從而降低了耐晶間腐蝕腐蝕性能。以Zn、Mg元素含量類似的合金（2＃和3＃）為對象，研究Cu元素對合金抗剝落腐蝕和應力腐蝕性能的影響。發(fā)現(xiàn)添加Cu能細化晶粒，發(fā)生均勻性剝落腐蝕;無Cu的合金鑄造凝固時的形核中心少，造成晶粒粗大，在剝落腐蝕液中易發(fā)生晶間腐蝕。含Cu合金首先