Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金的时效析出行为及力学性能

发布时间：2017-08-07 09:33

  本文关键词：Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金的时效析出行为及力学性能

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【摘要】：Al-Zn-Mg-Cu系铝合金因其具有较高的强度、硬度和韧性和良好的腐蚀性能、加工性能以及优良的焊接性能，使其在航空航天领域有广阔的应用前景。在未来国家的军事、经济中的地位毋庸置疑是极其重要的，，是目前许多军用和民用飞机、飞行器、舰船等不可或缺的重要材料资源。通过微合金化和热处理可以有效改善Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的综合性能，迄今为止人们发现的诸多微合金化元素中，稀土元素Sc是最为有效的，通过微合金化手段在合金中加入元素Sc可有效提高铝合金的比强度、比硬度及其塑韧性，同时对其抗腐蚀性能进行改善。因此，作为新一代高性能铝合金，研究和开发含Sc的Al-Zn-Mg-Cu系的超高强的合金具有重要意义。本课题主要针对稀土元素Sc对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的显微组织及力学性能的影响规律，以及Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金的时效析出行为进行研究，以期可为研制出高综合性能的超高强变形铝合金提供理论依据。 显微组织观察结果表明：加入0.2%的稀土元素Sc后，Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的显微组织明显得到细化，铸态Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的粗大树枝晶形貌基本消除，提高合金的再结晶温度，并抑制合金在挤压变形过程中再结晶的发生。拉伸试验结果表明：稀土元素Sc的加入可显著地提高Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的抗拉强度和屈服强度；在2~66h时效时间内，Al-Zn-Mg-Cu-Zr(-Sc)合金的抗拉强度、屈服强度呈先增加后降低的趋势，并在48h时达到最大值；拉伸断口分析结果表明峰时效阶段，Al-Zn-Mg-Cu-Zr(-Sc)合金和的拉伸断口表面可观察到大量韧窝，表现为韧性断裂特征。Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc合金的强化机制主要为η'相的时效析出强化以及均匀化退火过程中析出的大量细小且弥散分布的Al3(Sc, Zr)相，可通过细化晶粒和钉扎位错、晶界阻碍其运动起到强化作用。 低周疲劳实验结果表明，在应变控制的低周疲劳加载条件下，T6态Al-Zn-Mg-Cu-Zr(-Sc)合金均表现出循环应变硬化现象和循环稳定现象；T6态Al-Zn-Mg-Cu-Zr(-Sc)合金的载荷反向周次与塑性应变幅、弹性应变幅之间服从单斜率直线关系且符合Coffin-Manson和Basquin公式。通过对疲劳断口观察可以看出，在低周疲劳加载条件下，T6态Al-Zn-Mg-Cu-Zr(-Sc)合金中的疲劳裂纹均在疲劳试样表面萌生，并且以穿晶方式进行扩展。
【关键词】：Al-Zn-Mg-Cu-Zr(-Sc)合金 显微组织 拉伸性能 析出相 低周疲劳
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 Al-Zn-Mg-Cu 系铝合金的研究概况9-10
• 1.2 Al-Zn-Mg-Cu 系列合金的合金化机理10-11
• 1.3 Al-Zn-Mg-Cu 系合金的析出序列及析出相11-12
• 1.4 Al-Zn-Mg-Cu 系合金的热处理12-14
• 1.4.1 固溶处理12-13
• 1.4.2 时效处理13-14
• 1.5 稀土铝合金14-17
• 1.5.1 稀土元素在铝合金中的作用14
• 1.5.2 含Sc铝合金的应用14-17
• 1.6 铝合金的疲劳17-19
• 1.7 本课题提出的目的和意义19-21
• 第2章 实验材料、设备及方法21-24
• 2.1 实验材料21
• 2.2 实验设备21
• 2.3 实验内容与方法21-24
• 2.3.1 Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc 合金的熔炼21-22
• 2.3.2 Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc 合金的均匀化22
• 2.3.3 Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc 合金的热挤压22
• 2.3.4 Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc 合金的热处理22
• 2.3.5 Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc 合金的显微组织观察22-23
• 2.3.6 Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc 合金的拉伸行为研究23
• 2.3.7 Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc 合金的低周疲劳行为研究23-24
• 第3章 实验结果分析与讨论24-40
• 3.1 Al-Zn-Mg-Cu-Zr(-Sc)合金的显微组织24-26
• 3.1.1 铸造态 Al-Zn-Mg-Cu-Zr(-Sc)合金的显微组织24-25
• 3.1.2 挤压态 Al-Zn-Mg-Cu-Zr(-Sc)合金的显微组织25-26
• 3.2 Al-Zn-Mg-Cu-Zr(-Sc)合金的力学性能26-30
• 3.2.1 Al-Zn-Mg-Cu-Zr(-Sc)合金的时效硬化特性26-27
• 3.2.2 Al-Zn-Mg-Cu-Zr(-Sc)合金的拉伸性能27-28
• 3.2.3 Al-Zn-Mg-Cu-Zr(-Sc)合金的拉伸断口形貌28-30
• 3.3 Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Sc 铝合金的时效析出行为30-31
• 3.4 Al-Zn-Mg-Cu-Zr（-Sc）合金的低周疲劳行为31-40
• 3.4.1 循环应力响应行为31-33
• 3.4.2 低周疲劳寿命行为33-36
• 3.4.3 循环应力应变行为36
• 3.4.4 疲劳断口形貌观察36-40
• 第4章 讨论40-45
• 4.1 显微组织40-41
• 4.2 力学性能41
• 4.3 时效析出行为41-42
• 4.4 合金的循环应力响应行为42-43
• 4.5 疲劳寿命行为43
• 4.6 疲劳断裂行为43-45
• 第5章 结论45-46
• 参考文献46-51
• 在学研究成果51-52
• 致谢52

【参考文献】

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本文编号：633967