大断面7050高强铝合金挤压及热处理过程组织与性能研究

发布时间：2018-01-16 01:22

本文关键词：大断面7050高强铝合金挤压及热处理过程组织与性能研究　出处：《北京科技大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：本文研究了大飞机用的重要结构件——大断面7050高强铝合金型材在挤压、固溶、时效过程中小角度晶界和析出相的演变规律,及其对合金性能的影响。主要研究内容包括热模拟压缩实验及金相组织观察,并通过分析不同变形条件下的应力应变曲线,拟合优化出7050铝合金热流变本构关系模型和动态再结晶模型;将建立的这两个模型引入至Deform-3D软件,并根据实际生产中的挤压工艺参数,模拟仿真获得挤压过程材料内部应变速率场、应变场和温度场以及型材横截面晶粒尺寸分布和动态再结晶程度。同时,论文还利用OM、EBSD、TEM研究是固溶淬火时形成的位错在淬火应力驱动下于时效过程中形成小角度晶界的过程,探明了时效晶粒细化的原因。在此基础上,根据电导率和冲击功实验结果,采用OM和TEM研究了出现在小角度晶界上的时效析出相及其对型材性能的影响,拟合优化出最佳的晶界强化模型。经过490℃/24h的均质化后的铸态7050高强铝合金的热模拟研究表明,合金在不同的变形条件下将发生GDRX、CDRX或DDRX。在350℃/10s-1变形条件附近主要发生GDRX,对应动态再结晶模型中临界应变与峰值应变比值a2一般在0.2左右；在500℃下应变速率不大时以DDRX为主的软化机制为主,此时a2约为0.4。在350℃到500℃之间,一般应变速率下由于软化机制竞争,a：一般较大。通过应力应变曲线得到的两个关键模型如下：流变应力模型：α=0.22-0.104ε+0.885ε2-3.431ε3+6.256ε4-4.328ε5 n=4.501+5.972ε-105.017ε2+550.554ε3-1189.990ε4+923.668ε5 Q=191.916-162.861ε-1059.400ε2 +9463.37ε3-23620.700ε4+19202.600ε5 lnA=30.090-12.645ε-312.021ε2 +2127.186ε3-4964.912ε+3919.297ε5动态再结晶模型：采用Deform-3D软件模拟挤压过程发现,型材等效应变速率、温度和等效应变的最大值都集中于靠近型材最厚位置的内凹角附近。当模拟至56.3s时,最高温度位于型材U形部位与最厚部的连接处,可达447.7℃。型材横截面上的温度和等效应变从外缘到心部逐渐减小。挤压型材内尺寸最小的晶粒位于两内凹角附近,经模拟发现此区域内再结晶程度最高,且对比确定组织模拟的晶粒分布与实际较为吻合。由于内凹角处再结晶程度高,新晶粒的晶界附近聚集大量被挤碎的难溶相,因此该位置强度、延伸率和冲击功都较低；相反,型材最厚的心部动态再结晶程度最低,平均晶粒尺寸最大,强度、延伸率和冲击功也最高。采用OM、EBSD、TEM、MATLAB软件以及电导率和常温冲击实验结果的综合分析表明,固溶淬火产生的散乱位错在时效过程中受淬火弹性应变能的推动,聚集合并形成LAGB,使粗大的200μm×80μm“纺锤状”晶粒被分割为20μm的等轴晶。时效过程中位错聚集合并使其密度由1.83×1013 m-2降至4.40×1011m-2,该过程主要发生在111纤维织构晶粒内。在二级时效间隔的升温阶段,新生LAGB继续吸收位错使取向差超过3°,MgZnZ开始在这些晶界析出,并由与基体半共格的η’相转变为非共格的η相,最终造成此阶段冲击功降低量占从一级时效末至二级时效60min冲击功降低总量的53.91%,电导率升高13.04%。随二级时效长时间保温亚晶界η相长大,且PFZ变宽,导致冲击功降低至13.2J,电导率迅速升高至19.3mS/m。经过121℃/360min+177℃/60min,7050铝合金的亚晶界上η’相转变为η相,并完成长大过程。最终因与基体电势差增大亚晶界被Graff试剂显现出来。T76、T74和T73时效热处理未能消除大断面7050铝合金挤压型材横截面的晶粒尺寸不均匀性。随着二级时效时间延长,晶界及亚晶界上析出相数量较多,导致晶界总长度对合金的力学性能尤其是冲击功有较大的影响,主要表现为晶粒越细小合金的力学性能越差。T76处理后晶粒整体平均尺寸最大,特别是心部,可达13μm；T74处理后整体尺寸最小,其中最小位置在边部,约为3μm。型材横断面内不同时效工艺处理后,晶粒尺寸与冲击功呈线性对应关系。型材经T73和T74处理后,冲击功大于T76处理,且均一性更好；相同时效处理的型材,心部冲击功大于边部,最大相差20J。此外,随二级时效时间延长,电导率增加,但边部电导率高于心部。对型材横截面最厚部位的边部,中边部和心部处的过时效态试样的屈服强度的研究表明,与 Nes模型相比,采用Hall=Petch模型能够更准确的描述过时效态7050高强铝合金的晶界强化,但是晶界强化对屈服强度的贞献小于析出强化。另外,衡量织构贡献的Taylor因子会因提高析出强化和固溶强化的效果而影响屈服强度。过时效态7050铝合金型材最厚部位的心部的以硬取向的Copper织构为主,Taylor因子为3.925；边部以软取向的Cube织构和Goss织构为主,Taylor因子为2.257。
[Abstract]:In this paper , we study the evolution of grain boundary and precipitation phase of 7050 high strength aluminum alloy profile with large cross section and its influence on the properties of alloy under different deformation conditions . The main research contents include thermal simulation compression experiment and microstructure observation . The results of XRD , TEM , MATLAB software and electrical conductivity and normal temperature impact test results show that the grain size and impact work of the extruded profile of 7050 aluminum alloy are reduced to 13.2J and the conductivity is increased by 13.04 % . The Taylor factor is 2.257 .

【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.21;TG379;TG166.3

【参考文献】