等温与非等温时效工艺对Al

【摘要】： 7N01铝合金是一种典型的高韧性、高强度Al-Zn-Mg(7×××)系铝合金,广泛应用于制造高速列车的牵引梁、枕梁等结构件。挤压成形可以提高金属材料的塑性,非常适合7×××系铝合金等难变形材料的生产加工。时效热处理可以提高Al-Zn-Mg挤压型材的合金性能。然而,目前国内外文献关于Al-Zn-Mg合金在时效过程中微观组织、力学性能尤其是抗腐蚀性能方面的研究较少,大多停留在传统等温时效阶段。本文以Al-Zn-Mg合金为研究对象,通过热挤压工艺获得三叶螺旋面挤压型材,研究挤压件在等温(单级)和非等温时效工艺过程中微观组织演变规律,分析该型材在不同时效工艺过程中的力学性能、电导率和腐蚀性能变化,并阐明Al-Zn-Mg合金挤压型材的析出相与性能之间的关系,得到合理的非等温时效工艺,用于为该合金及同类挤压型材的时效制度提供理论指导。本研究主要工作及结论如下:(1)研究了 Al-Zn-Mg合金微观组织在螺旋面挤压及固溶(470℃保温160min)、时效处理过程中的演变规律。Al-Zn-Mg铸态合金的组织为等轴状晶粒,经过均质化处理后仍有枝晶偏析现象。螺旋面挤压态合金枝晶偏析减少,晶粒内部具有部分小角度晶界,且分布较为均匀,沿挤压方向晶粒被拉长,具有挤压效应。晶界处有再结晶现象,原始晶粒与再结晶晶粒的尺寸差别较大。合金内部具有较多的棒状、点状α-AlFeMnSi相,该相为夹杂的脆性化合物,主要分布在晶界处,可以降低合金的力学性能。(2)对固溶处理并停放3天之后的螺旋面型材进行了等温(单级)时效试验,发现合金在等温(单级)时效120-39h时达到峰值硬度和强度,在时效后期力学性能逐渐稳定,拉伸试样的断裂方式为滑移分离断裂。试验结果表明合金的电导率随着时效时间的增加整体呈上升趋势,间接说明等温(单级)时效有利于改善合金的抗应力腐蚀性能。合金晶内析出过程为过饱和固溶体→GPⅡ区→亚稳态η'相,还未形成稳定的η相。晶界上连续分布着椭圆状、棒状的η相。(3)对固溶处理并停放3天之后的螺旋面型材进行了非等温时效试验,对比了合金在不同最高温度(Tmax)和起始温度(Ts)下的力学性能,发现若最高温度(Tmax)较低,则析出不充分,在后续的降温阶段仍可提升力学性能,若最高温度(Tmax)过高反而对力学性能不利。探讨了合金在拉伸过程中的断裂方式,发现随着非等温时效的进行,拉伸断口的断裂机制从沿滑移面断开逐渐向内部缩颈过渡。对比了不同条件下合金晶内、晶界析出相微观组织的演变情况。发现部分区域的晶界析出相呈现半连续状态,呈两排甚至多排在晶界上排列,此时合金中无明显的PFZ(晶界析出区),该结构有利于提升合金的抗腐蚀性能。合金的力学性能随着初始温度(Ts)的升高而下降,在Ts=200℃时稍有上升。而合金的电导率随着初始温度(Ts)的升高而降低。

【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2020

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