喷射成形7075合金RRA处理工艺优化与合金时效机理研究

发布时间：2018-10-26 15:30

【摘要】：7xxx系铝合金尤其是7075合金因其比强度高、韧性好等诸多优势,作为结构材料广泛应用于航空航天领域。但7xxx系合金受成型和热处理工艺的限制,拉仲强度一般在500-600MPa上下。喷射成形技术可使该系合金组织显著细化,宏观和微观偏析大幅减少,峰值时效处理后可使材料拉伸强度达到700MPa以上。近些年来,对材料各项综合性能指标要求越来越高,这使得传统制备与热处理工艺很难满足要求。为此,本课题采用喷射成形技术制备7075合金,并且采用多种时效处理方案,探索热处理对合金组织与性能特别是回归再时效(RRA)处理对微观组织及性能的影响,建立适用于喷射成形7xxx系合金的RRA处理方案。依据7075合金中析出相结构特点,构建了RRA过程中析出相特征的解析式,并结合多种强化因素建立RRA过程中屈服强度模型。对于7xxx系合金的传统热处理,常见的有T6峰值时效处理、T73过时效处理和传统回归再时效处理。通过对比上述三种热处理工艺对喷射成形7075合金组织及性能的影响特点发现：T6处理后合金中出现大量细小弥散的基体析出相(MPt),使得合金强度达到峰值,但此时晶界析出相(GBP)连续分布且晶间无析出带(PFZ)较窄,致使合金抗腐蚀性能不佳；而T73处理后,GBP断开并且PFZ较宽,使得合金抗腐蚀性能得以提升,但合金强度由于MPt的粗化而损失严重,拉伸强度下降；采用RRA处理后,合金基体组织形貌与T6处理后相类似,拉伸强度达到758MPa,而晶界组织与T73处理后的相近,晶间腐蚀深度、剥落腐蚀等级和应力腐蚀指数分别达到16.8μm、EA和0.138,使合金拥有良好的综合性能。传统RRA预时效工艺为峰值时效处理,处理后基体中析出大量析出相,并且存在粗化的析出相,这些相在回归过程中很难回溶,并在再时效中继续长大,消耗大量的强化元素,使RRA后合金的强度不及T6处理的水平。通过调整RRA预时效处理时间,采用120℃分别处理8、16、24和32h,研究RRA不同预时效处理程度对合金组织及性能的影响发现,采用欠时效预处理,在一定程度上就会减缓预时效阶段MPt粗化现象的发生,从而改善合金性能。采用120℃+16h的欠时效预处理,可使RRA处理后合金MPt细小弥散,GBP断开分布并存在一定宽度的PFZ,从而合金综合性能优良,晶间腐蚀深度、剥落腐蚀等级和应力腐蚀指数分别达到27.9μm、EA和0.143,拉伸强度达782MPa。通过改变回归处理的温度与时间以及再时效处理工艺,探寻可获得最佳综合性能的欠时效RRA制度。结果发现：采用200℃回归8min结合120℃再时效24h的RRA处理工艺,合金的综合性能最佳。回归温度的提升可促进预时效时析出的MPt回溶,并且使GBP断续和出现一定宽度的PFZ；而回归时间的选择更为重要,过短的回归时间不能有效回溶MPt、断开GBP和宽化PFZ；但过长的回归时间又使MPt在回归过程中粗化而影响合金性能。再时效处理可使回归过程中回溶的MPt再次析出,同时进一步加大GBP的断开程度。低温再时效可有效提升合金强度,高温再时效使合金强度有所损失。不同回归与再时效制度下合金耐蚀性能变化不大,均呈现远优于T6处理接近T73处理的状态。由于喷射成形7075合金性能变化与其析出相形貌关系密切,故对RRA过程中析出相的尺寸与体积分数进行分析。建立了在形核、长大和熟化过程中盘状析出相尺寸演变模型；在预时效处理过程的前期,析出相尺寸与时间的平方根呈线性关系,熟化之后尺寸与时效时间的立方根呈线性关系；析出相体积分数与时间的关系则符合JMAK方程；回归过程的前期可视作高温时效处理的逆过程,析出相尺寸和体积分数均在预时效之后的基础上,按照回归时间的平方根与指数关系减小；回归处理至一定程度后,析出相体积分数将在一个程度上保持稳定,而其尺寸则以熟化方式迅速增大；再时效过程中析出相尺寸和体积分数的演变方式为在一定尺寸与体积分数的基础上继续进行单级时效处理,只是对应的基础尺寸与基础体积分数不同。根据固溶强化、细晶强化、位错强化和析出强化等强化因素,建立了RRA过程中合金屈服强度表达式,三个阶段的强化模型均拟合较好。对比传统RRA处理过程的强化模型,欠时效RRA处理模型与实际测量值更为吻合,传统RRA处理后合金基体中出现了一定数量的大尺寸析出相,这些相在后续过程中很难被回溶并会被再次粗化,致使合金的强度出现一定程度的损失。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG292;TG166.3

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本文编号：2296177