大规格喷射成形超高强7055铝合金组织与性能研究

论文摘要

本论文主要通过室温力学性能测试、电导率测试和慢应变拉伸速率试验,采用光学显微镜、X射线衍射、扫描电镜、能谱和透射电镜等手段进行组织和成分分析,研究了固溶处理、时效制度对喷射成形7055铝合金的组织和性能影响以及7055铝合金的抗应力腐蚀性能,为不断改进超高强铝合金合金设计、优化热处理工艺参数、提高合金抗应力腐蚀性能积累数据,主要研究结果如下:（1）采用全自动控制往复喷射成形技术制备了Φ500 mm×1600 mm工业规格的7055铝合金喷射成形坯,锭坯经热挤压后进行不同温度和时间的热处理。（2）喷射成形7055铝合金适宜的单级固溶处理工艺为475℃/3h。采用正交实验法对喷射成形7055铝合金进行不同温度和时间的双级固溶处理,确定最佳双级固溶处理工艺为:450℃/2h+475℃/2h。其综合性能最佳,σb、σ0.2和δ分别达到710MPa、654MPa和11.2%。与单级固溶处理相比,双级固溶处理提高了合金元素的过饱和固溶度,有利于提高合金的强度和塑性。（3）单级峰时效（120℃/ 24h）可获得最高抗拉强度710MPa,屈服强度654MPa,伸长率11.2%,硬度为96HRB,但抗应力腐蚀能力差,电导率仅为30%IACS。采用正交实验法对7055铝合金进行不同温度和时间的双级时效处理,确定最优双级时效处理工艺为:120℃/8h+170℃/ 8h。其综合性能最佳,σb、σ0.2和δ分别达到659MPa、630MPa和11.7%,硬度和电导率分别为95HRB和39%IACS,与单级时效处理相比,电导率提高了30%,抗应力腐蚀性能得到显著改善。（4）合金经不同时效工艺处理后,对于单级峰时效,晶界析出相呈链状连续分布,晶内分布着细小弥散的析出相,主要为细小球状GP区,同时还有少量的盘状η’相;晶界析出相主要为η相。双级时效处理后,晶粒内分布着弥散的析出相,但析出相较单级时效有所长大;晶界析出相已开始变得不连续,呈断续分布,且可见一定宽度的无析出带;随着二级时效温度升高和时效时间延长,晶界析出相聚集长大,分布更加断续,无析出带宽度增加,合金强度下降,塑性增加,电导率提高。（5）喷射成形7055铝合金慢应变速率拉伸试验结果表明:在相同条件下,应变速率为0.5x10-6 S-1时,铝合金的强度降低,延伸率下降,合金的应力腐蚀敏感性最大,抗应力腐蚀能力差;腐蚀条件下的强度、延伸率都较空气中低,应力腐蚀更敏感,抗应力腐蚀性能差。合金试样拉伸断口形貌分析表明,空气中拉伸断口为韧性断裂,而腐蚀介质中拉伸断口则表现为韧-脆混合型断裂,更倾向于准解理脆性断裂。超高强7055铝合金的抗应力腐蚀性能还有待进一步的探索和研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 喷射成形技术
• 1.2.1 喷射成形技术简介
• 1.2.2 喷射成形技术国内外的发展历程
• 1.2.3 喷射成形技术国外的发展现状
• 1.2.4 喷射成形技术国内发展现状
• 1.3 超高强铝合金
• 1.3.1 超高强铝合金的合金元素
• 1.3.2 超高强铝合金的发展过程
• 1.3.3 7055 铝合金
• 1.3.4 超高强铝合金的强韧化机理
• 1.4 超高强合金热处理工艺
• 1.4.1 固溶淬火
• 1.4.2 时效处理
• 1.4.3 超高强Al-Zn-Mg-Cu 系合金研究热点
• 1.5 超高强铝合金的应力腐蚀
• 1.5.1 应力腐蚀概念
• 1.5.2 超高强铝合金应力腐蚀测试方法
• 1.5.3 应力腐蚀断裂机理（SCC 机理）
• 1.6 本课题研究的背景和目的
• 第2章 研究思路和试验方案
• 2.1 研究思路
• 2.2 材料制备
• 2.2.1 合金的名义成分
• 2.2.2 合金的喷射成形试验
• 2.2.3 合金锭坯及取样
• 2.3 热挤压试验
• 2.4 热处理试验
• 2.4.1 单级固溶处理
• 2.4.2 双级固溶处理
• 2.4.3 单级时效处理
• 2.4.4 双级时效处理
• 2.5 金相组织观察（OM）
• 2.6 X 射线衍射物相分析（XRD）
• 2.7 扫描电镜分析（SEM）
• 2.8 透射电镜分析（TEM）
• 2.9 力学性能测试及断口形貌观察
• 2.10 抗应力腐蚀性能测试及断口形貌观察
• 第3章 固溶处理对喷射成形超高强7055 铝合金组织和性能影响
• 3.1 前言
• 3.2 试验结果
• 3.2.1 单级固溶处理合金的组织与性能
• 3.2.2 双级固溶处理对合金组织和性能影响
• 3.3 分析与讨论
• 3.4 小结
• 第4章 时效制度对喷射成形超高强7055 铝合金组织和性能影响
• 4.1 前言
• 4.2 试验结果
• 4.2.1 单级时效处理合金的组织与性能
• 4.2.2 双级时效处理合金的组织与性能
• 4.2.3 不同状态合金的物相分析
• 4.2.4 时效态合金的显微组织
• 4.3 分析与讨论
• 4.4 结论
• 第5章 喷射成形7055 铝合金抗应力腐蚀性能研究
• 5.1 前言
• 5.2 慢应变速率拉伸试验
• 5.2.1 慢应变速率试验法
• 5.2.2 慢应变速率实验法的特点
• 5.3 抗应力腐蚀性能的表征
• 5.4 试验结果与分析
• 5.4.1 相同环境下,拉伸速率对合金抗应力腐蚀的影响
• 5.4.2 不同环境下,拉伸速率对合金抗应力腐蚀性能的影响
• 5.4.3 相同热处理制度下,拉伸速率对合金抗应力腐蚀性能的影响
• 5.5 拉伸断口形貌分析
• 5.6 分析与讨论
• 5.7 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 详细摘要