含Zr、Sc的Al-Zn-Mg-Cu合金的低周疲劳行为

发布时间：2019-11-02 16:52

【摘要】：利用透射电子显微镜和低周疲劳试验机研究了单级时效状态及回归再时效状态两种含Zr、Sc的Al-Zn-Mg-Cu合金的微观组织和低周疲劳性能。结果表明:单级时效基体析出相以η′相为主,晶界析出连续分布平衡相,并伴有晶间无析出带;回归再时效基体析出相略有长大,晶界析出相长大明显,无析出带变宽。低周疲劳加载条件下,合金在0.4%~0.7%外加总应变幅范围内表现出循环稳定性;在0.8%的应变幅下,呈现先软化后硬化。在0.4%~0.6%较低的外加总应变幅范围内,回归再时效合金表现出较高的低周疲劳寿命。两种状态合金的塑性应变幅和弹性应变幅与载荷反向周次之间均成直线关系,并可分别用Coffin-Manson公式和Basquin公式来描述。两种状态的合金的疲劳裂纹均萌生于试样表面,并以穿晶方式扩展。
【图文】：

１５０℃×１８ｈ＋２００℃×１ｈ＋１５０℃×１８ｈ的回归再时效处理。利用ＳｔｒｕｅｒｓＴｅｎｕｐｏｌ－５双喷电解减薄仪在－３０℃、１７Ｖ的条件下，采用２５％ＨＮＯ３＋７５％ＣＨ３ＯＨ溶液对５０μｍ样品进行电解减保利用ＪＥＭ－２１００型透射电子显微镜对两种时效状态合金的显微组织进行观察。合金的疲劳实验在ＰＬＤ－５０型电液伺服疲劳试验机上进行，采用正弦波，应力比Ｒ＝－１，加载频率为１Ｈｚ，名义应变幅为０．４％～０．８％。疲劳试样的尺寸如图１所示。图１疲劳试样的尺寸（ｍｍ）Ｆｉｇ．１Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｆｆａｔｉｇｕｅｓａｍｐｌｅ（ｍｍ）２结果与分析２．１显微组织Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ－Ｃｕ系铝合金的时效析出序列为：ＳＳＳ—ＧＰ区—η′相—η相。含微量Ｚｒ和Ｓｃ元素的Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ－Ｃｕ合金的时效析出序列并无改变，但其时效析出驱动力发生改变。由ＴＥＭ分析得知，Ａｌ－７．２Ｚｎ－２．５Ｍｇ－１．５Ｃｕ－０．０８Ｚｒ－０．１２Ｓｃ合金在均匀化处理后，生成大量弥散分布的Ａｌ３（Ｚｒ，Ｓｃ）粒子，尺寸约为２０ｎｍ，其衍射斑点在｛０１１｝位置，与基体共格，如图２所示。图２Ａｌ３（Ｚｒ，Ｓｃ）相的ＴＥＭ照片Ｆｉｇ．２ＴＥＭｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓｏｆＡｌ３（Ｚｒ，Ｓｃ）ｐｈａｓｅｓ图３为两种时效状态Ａｌ－７．２Ｚｎ－２．５Ｍｇ－１．５Ｃｕ－０．０８Ｚｒ－０．１２Ｓｃ合金的ＴＥＭ照片。由图３（ａ）可见，合金经１５０℃×３６ｈ的单级时效处理后，基体析出相（ＭＰｔ）细

Ｓｃ元素的Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ－Ｃｕ合金的时效析出序列并无改变，，但其时效析出驱动力发生改变。由ＴＥＭ分析得知，Ａｌ－７．２Ｚｎ－２．５Ｍｇ－１．５Ｃｕ－０．０８Ｚｒ－０．１２Ｓｃ合金在均匀化处理后，生成大量弥散分布的Ａｌ３（Ｚｒ，Ｓｃ）粒子，尺寸约为２０ｎｍ，其衍射斑点在｛０１１｝位置，与基体共格，如图２所示。图２Ａｌ３（Ｚｒ，Ｓｃ）相的ＴＥＭ照片Ｆｉｇ．２ＴＥＭｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓｏｆＡｌ３（Ｚｒ，Ｓｃ）ｐｈａｓｅｓ图３为两种时效状态Ａｌ－７．２Ｚｎ－２．５Ｍｇ－１．５Ｃｕ－０．０８Ｚｒ－０．１２Ｓｃ合金的ＴＥＭ照片。由图３（ａ）可见，合金经１５０℃×３６ｈ的单级时效处理后，基体析出相（ＭＰｔ）细孝弥散，以η′相为主；晶界析出相（ＧＢＰ）呈长条状，与晶界平行分布，为η相；并且延晶界两侧的一定区域内没有沉淀析出相，即晶界无析出带（ＰＦＺ），宽度为２０ｎｍ左右。当合金经１５０℃×１８ｈ＋２００℃×１ｈ＋１５０℃×１８ｈ的回归再时效处理后，如图３（ｂ）所示，ＭＰｔ弥散分布，其尺寸较１５０℃×３６ｈ处理状态的略有长大，同样以η′相为主；而ＧＢＰ长大明显，呈块状η相；ＰＦＺ宽化，约４０ｎｍ。图３单级时效与回归再时效状态合金的ＴＥＭ照片Ｆｉｇ．３ＴＥＭｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓｏｆａｌｌｏｙｗｉｔｈｓｉｎｇｌｅｓｔａｇｅａｇｉｎｇａｎｄＲＲＡｔｒｅａｔｅｄｓｔａｔｅｓ２．２低周疲劳行为２．２．１循环应力响应行为图４为在０．４％～０．８％的外加总应变幅下回归再时效态合金

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3 王s

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