高强耐蚀7050铝合金成分优化与时效行为研究

发布时间：2018-11-19 11:26

【摘要】：Al-Zn-Mg-Cu合金是航空工业中主要的结构材料,未来主攻高强高韧高淬透性合金、超强高韧耐腐蚀合金以及性能均匀、残余应力小的大规格高性能材料。为了突破大飞机急需的大规格高性能铝合金材料制备技术瓶颈,发展国产大飞机所需要的第四、五代铝合金,本文通过优化合金成分,多级时效工艺优化调控析出相尺度,以解决合金强度与耐蚀性矛盾的难题。利用Jmat.pro热力学方法分析了合金元素对7050合金基体与析出相平衡浓度及含量的影响规律。时效温度范围内,随着Zn含量增加,平衡析出η相的数量增加,η相中Al、Cu、Mg含量降低,Zn含量升高;Mg含量对η相数量的影响与时效温度有关,随着Mg含量增加,η相中Al、Cu、Mg含量升高,Zn含量降低;随着Cu含量增加,平衡析出η相的数量减少,η相中Al、Cu、Mg含量降低,Zn含量升高。不同成分合金凝固路径的模拟结果显示,Mg Zn2相数量随着Zn和Mg含量的增加而增加,随着Cu含量的增加而减少。A12Cu Mg相数量随着Zn和Mg含量的增加而减少,随着Cu含量的增加而增加。7050合金成分范围内,Zn含量高于6.4wt%、Mg含量高于2.4wt%、Cu含量低于2.2wt%时,合金凝固组织中Mg Zn2相的数量在4.5%以上,A12Cu Mg相的数量可控制在0.5%以下,有利于合金综合性能的提高。两种合金热力学计算的验证结果表明,Zn含量升高使合金凝固组织中Al2Cu Mg相的数量从0.53%降低到0.37%,平衡析出Mg Zn2相数量从8.37%提高到9.15%,合金T6时效后合金的屈服强度由508 MPa提高到527 MPa,抗拉强度由581 MPa提高到604 MPa。阐明了回归再时效工艺中预时效对合金回归再时效过程中组织和性能的演变规律,欠时效合金回归升温及保温过程中表现为析出相的长大粗化引起的硬度上升,随回归时间的延长,析出相粗化使得硬度下降。峰时效合金回归升温过程中小尺寸析出相溶解引起硬度下降,随回归时间的延长,析出相长大粗化,硬度先上升后下降。不同预时效合金回归电导率呈单调上升趋势。合金再时效硬度呈先上升后降低趋势,电导率表现为单调上升趋势。100℃/24h和120℃/2h预时效,合金再时效后电导率和晶间腐蚀性能优于120℃/24h预时效,同时可获得T6时效的峰值强度,较120℃/24h预时效合金再时效抗拉强度分别提高3.8%和3.0%,屈服强度分别提高4.1%和3.2%。120℃/24h+120℃~200℃(40℃/h升温)+120℃/24h的三级时效使合金电导率达到36.12%IACS,抗拉强度和屈服强度分别为586.9MPa和563.7MPa,达到T6峰值强度,较RRA分别提高5.4%和6.7%。随着升温时效温度的升高,合金再时效硬度、强度先升高后降低,电导率呈现单调上升趋势,且升温速率越低,合金电导率水平越高。三级时效合金峰值强度主要来自η'相和η相,断续排列、粗化的晶界析出相是腐蚀性能改善的主要原因。循环非等温时效过程中,合金硬度和强度随循环次数的变化与升降温速率有关,升降温速率为40℃/h时,晶内析出相随着循环次数的增加长大和粗化,合金硬度和强度下降,循环2次后合金硬度和强度仍保持在T6峰时效水平;升降温速率为80℃/h时,随着循环次数的增加,合金晶内析出相粗化不明显,伴有“二次析出”现象发生,循环3次后合金硬度和强度仍保持在峰值强度水平。随着循环次数的增加,合金电导率呈单调上升趋势,最大晶间腐蚀坑深度降低。随着循环次数的增加,晶界析出相粗化,析出相中溶质含量升高是合金腐蚀性能改善的主要原因。100℃~180℃~100℃(40℃/h升降温)循环2次和100℃~180℃~100℃(80℃/h升降温)循环3次合金可获得峰值时效强度和满意的腐蚀性能。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.21

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本文编号：2342166