杂质含量对7055铝合金微观组织与应力腐蚀性能的影响

发布时间：2017-08-21 13:10

  本文关键词：杂质含量对7055铝合金微观组织与应力腐蚀性能的影响

  更多相关文章： 7055铝合金 杂质 微观组织 应力腐蚀开裂 腐蚀速率

【摘要】：由于低密度和高强度,7xxx铝合金广泛应用于航空结构材料。然而7xxx铝合金在峰时效(T6)处理状态下的应力腐蚀开裂敏感性高,为了提高合金的抗应力腐蚀开裂性能,人们对热处理工艺进行了大量研究,并采用过时效(T7)和回归再时效(RRA)提高铝合金的抗应力腐蚀开裂性能。但是关于杂质元素对铝合金应力腐蚀性能影响的研究极少。近年来发展的7055-T77合金具有高的综合力学性能和较低成本,被用作飞机的主承力构件,如上机翼壁板、桁梁等。本文主要研究杂质(Fe和Si)的含量对7055-RRA铝合金微观组织和应力腐蚀性能的影响。熔炼制备了Fe/Si比恒定、Fe、Si杂质含量不同的7055铝合金,经变形加工与固溶、时效处理后,研究了合金的微观组织与应力腐蚀开裂敏感性。通过扫描电子显微镜结合能谱分析了合金的微观组织,通过慢应变速率拉伸及电化学实验,包括测试开路电压、极化曲线与电化学阻抗谱等,研究了合金的腐蚀性能。主要研究结果如下:1.作为主强化相的Mg(Al,Cu,Zn)2的数量随着杂质元素的增加而减少。随Fe含量增加,富Fe相Al7Cu2Fe与Al3Fe颗粒含量增加,Si含量增加至0.071%,富Si相Mg2Si颗粒含量增加;随着杂质的含量增加,这三种富Fe、富Si相的含量随之增加,并导致主合金相Mg(Al,Cu,Zn)2含量的减少。2.随杂质含量的变化,7055合金微观组织也发生了变化,并影响其力学性能。当Fe/Si=2时,随杂质含量增加,合金的慢应变速率拉伸强度、延伸率及断裂时间减小;合金的抗应力腐蚀开裂性能随杂质含量的增加而有所增加,且对Fe/Si比值不敏感。3.随杂质含量增加,第二相尺寸逐渐粗化且分布更不连续,从而提高了合金的抗应力腐蚀开裂性能。随杂质含量增加,Mg(Al,Cu,Zn)2相的尺寸不变,但面积分数大量减少;而Mg2Si和富Fe相的面积分数增加,但颗粒数量仍然很少,面积分数增加主要是由于颗粒尺寸的粗化,因此颗粒间距无大的变化。4.极化曲线与阻抗谱研究表明,随杂质含量增加,合金腐蚀速率减小,从而限制了开裂速率(阳极溶解机制)和氢气产生。由于晶间相的腐蚀电位不同于基体,所以形成了局部电化学电池。随着总的第二相面积分数的增加,不同种类的第二相所占比例也不同,合金腐蚀速率随之减小,这可能取决于不同颗粒相的特性,如在7055铝合金中,Mg(Al,Cu,Zn)2相的腐蚀速率高于Mg2Si、Al7Cu2Fe和Al3Fe。5.单纯增加Fe含量,使Fe/Si比由0.6(合金1)增加至2(合金2)时,合金延伸率、断裂时间及腐蚀速率的变化趋势,与保持Fe/Si比不变而杂质含量变化带来的力学性能与腐蚀行为的变化趋势完全不同。由此可推想Fe/Si比也是影响7055铝合金性能重要因素。
【关键词】：7055铝合金 杂质 微观组织 应力腐蚀开裂 腐蚀速率
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• Chapter 1： Literature Review15-29
• 1.1 Aluminum alloys for aerospace application15-19
• 1.1.1 Aluminum history and economy15-16
• 1.1.2 High-strength alloys16-18
• 1.1.3 Advances in the composition design of Al Zn Mg Cu alloys18-19
• 1.2 Stress corrosion cracking issues of 7xxx series aluminum alloy19-23
• 1.2.1 Corrosion Generality19-21
• 1.2.2 Stress corrosion cracking21-23
• 1.3 Improvement of SCC resistance by heat treatments23-24
• 1.3.1 From T6-temper to T7-temper and Retrogression and Re-Aging23-24
• 1.3.2 Why does Retrogression and Re-aging reduce the SCCsusceptibility?24
• 1.4 The effects of impurities in 7xxx series aluminum alloys24-28
• 1.4.1 Impact of impurities on 7055 aluminum alloy microstructure25-26
• 1.4.2 Impact of impurities-containing particles on the 7055 aluminumalloy’s properties26-28
• 1.5 Conclusion28-29
• Chapter 2： Experimental methods29-45
• 2.1 Introduction29
• 2.2 Preparation of 7055 aluminum alloy with different impurities content . 152.2.1 Designed alloy composition29-33
• 2.2.2 Actual alloy composition30
• 2.2.3 Processing of the 7055 aluminum alloys30-33
• 2.3 Experimental methods to evaluate the SCC susceptibility33-35
• 2.3.1 SSRT experiment33-34
• 2.3.2 SCC susceptibility evaluation34-35
• 2.4 Microstructural characterization35-38
• 2.4.1 Optical microscope35-36
• 2.4.2 Scanning Electron Microscope and Energy Dispersive Spectrometer222.5 Electrochemical methods36-38
• 2.5 Electrochemical methods38-45
• 2.5.1 Open Circuit Potential39-40
• 2.5.2 Potentiodynamic polarization curve40-42
• 2.5.3 Electrochemical Impedance Spectroscopy42-45
• Chapter 3： Impact of the impurities content on the microstructure of7055 aluminum alloy45-51
• 3.1 Microstructural observation45-50
• 3.2 Summary50-51
• Chapter 4： Impact of the impurities content on the corrosion behavior of7055 aluminum alloy51-74
• 4.1 Effect of the impurities content on the corrosion potential and thecorrosion rate51-59
• 4.1.1 Open circuit potential results51-52
• 4.1.2 Correlation between corrosion potential and microstructure52-54
• 4.1.3 Tafel plot results54-57
• 4.1.4 Correlation between corrosion rate and microstructure57-58
• 4.1.5 Conclusion58-59
• 4.2 Effect of the impurities content on the electrochemical ImpedanceSpectroscopy59-63
• 4.2.1 Nyquist plot and Bode plot59-60
• 4.2.2 Equivalent circuit of the electrochemical system60-62
• 4.2.3 Conclusion62-63
• 4.3 Effect of impurities content on the stress corrosion cracking63-74
• 4.3.1 SSRT results63-68
• 4.3.2 Mechanical properties68-71
• 4.3.3 Stress corrosion cracking resistance71-73
• 4.3.4 Remarks73-74
• Chapter 5： Conclusion and further researches74-76
• 5.1 Conclusion74-75
• 5.2 Further researches75-76
• References76-81
• Acknowledgement81-83

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本文编号：713052