基于ECAP变形的Al-Zn-Mg-Cu合金多元合金相及抗应力腐蚀研究

发布时间：2020-06-13 05:45

【摘要】：Al-Zn-Mg-Cu合金作为新一代的优质结构铝合金材料,具有高强度、高韧性、良好的扩散性、密度小以及具有巨大的减重潜能,因此在兵工器械、航空航天、核工业、舰艇及桥梁等领域都有着极其广泛的应用。被认为是最有可能代替钢、铁的有色金属材料。本文采用一种新型的Al-Zn-Mg-Cu合金(7A60),在不同的工艺参数下(变形温度、变形道次)对Al-Zn-Mg-Cu合金进行等径角挤压(ECAP)实验。采用多种分析测试方法(OM、SEM、TEM、XRD)和相关的理论计算,对不同变形条件下Al-Zn-Mg-Cu合金微观组织演变以及力学性能机制进行研究。结果表明:等径角挤压变形对晶粒细化效果明显,从初始态的9.86μm细化到4道次1μm左右,位错密度显著增加,合金的各向异性减弱,组织均匀性增强。Al-Zn-Mg-Cu合金中最主要的多元合金相为?(MgZn_2)相,随着变形道次的增加组织内较为细小的析出相粗化,从初始态的53nm粗化到4道次的410nm。随着变形量的增加,第二相回溶到铝基体内部形成过饱和固溶体,基体内部空位浓度增大,1道次等径角挤压变形后组织内的空位浓度达到合金熔点时的浓度,同时基体内部产生了很多位错等缺陷。第二相溶质原子易于与空位结合形成空位-溶质原子复合体,在基体内部扩散,并在晶界和位错处偏聚,形成较为粗大的第二相。此外对变形试样开展室温下力学性能测试,研究等径角挤压变形工艺参数对Al-Zn-Mg-Cu合金抗拉强度以及延伸率的影响规律,同时采用扫描电子显微镜(SEM)对断口进行扫描,以研究其断裂机理。结果表明:等径角挤压变形后合金的力学性能大幅度提高,初始态强度为280MPa,等径角挤压变形后最高抗拉强度达到395MPa,增长幅度达到41%。初始态合金的延伸率为0.24,等径角挤压变形后最高延伸率为0.28,增长幅度达到16.6%。采用Hall-Petch公式等对合金强化进行定量计算,计算结果表明:细晶强化和位错强化随着变形道次的增加而增大,但在整个强化作用中所占比例不大,弥散强化对于合金的强化起到主导作用。对等径角挤压变形后经过T6处理的试样进行抗应力腐蚀性能测试,通过开路电位、极化曲线以及阻抗图谱等分析不同变形参数(变形温度、变形道次)对合金抗应力腐蚀性能的影响。分析表明随着变形道次的增加,合金的抗应力腐蚀性能提高;随着变形温度的降低,合金的抗应力腐蚀性能降低。
【图文】：

图 1.1 ECAP 原理示意图Fig 1.1 Illustration diagram of ECAP process角挤压影响因素径角挤压工艺简单而且成本较低，可以制备超细晶材料，前景的大塑性变形方法。该方法是苏联科学家 Segal 在上一种变形方法。ECAP 变形工艺可以在不改变材料截面的剪切变形的方式来获得亚微米以及纳米晶材料。径角挤压工艺的因素很多，剪切变形量与挤压道次 N、模 ψ 大小的关系如下式所示[40]：多道次挤压后产生的应变；N——挤压道次；φ——模具通通道在外边界间连接弧所对应的夹角。路径

图 1.2 不同 ECAP 路径 A、BA、BC、CFig 1.2 Different ECAP routes压道次应变累积公式可以看出随着变形道次的增加，晶粒细化铝时发现，四道次后晶粒从 1mm 细化到 1.3μm。Chan明四道次 ECAP 后，晶粒细化到 0.8μm 左右，随着变形晶粒细化不明显，但晶粒取向差会随着变形道次的增压温度对 ECAP 变形过程中晶粒细化具有较大影响，根据热，原子动能增加，位错活动能力增强，晶粒易发生回复和的长大。Kim 等学者对 ECAP 后纯钛进行研究表明，在，晶粒细化且组织较为均匀，，随着变形温度的增大，晶应明显。压速率BONPB 等学者研究表明挤压速率对晶粒细化效果影响
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG178

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本文编号：2710742