7A85铝合金降温时效工艺的研究

论文摘要

本文研究了淬透性良好的7A85高强铝合金在非等温环境中的时效硬化行为。根据硬度和电导率的性能匹配,优化了适合大型结构件的降温时效工艺,搭建了合理的工艺窗口。通过对典型工艺微观组织的表征,分析了工艺参数与微观组织和性能的关系。7A85铝合金非等温时效工艺试验表明:线性升温工艺中合金的硬度随着时效时间的延长而升高,在185℃合金达到峰值179HB,之后随时间延长而降低。降温时效工艺则可维持合金高强度的同时提高合金的电导率至39%IACS的较高水平,提高降温时效工艺的降温温度可显著提高合金的时效效率。通过对不同时效态合金硬度和电导率的筛选,发现非等温时效工艺中大于160℃高温阶段的时效时间是影响合金综合性能和显微组织的核心因素。利用大量离散的非等温时效工艺点制作的非等温时效工艺的时间-温度散点图反映了不同高温区所对应最佳时效时间的变化趋势,可为非等温工艺的实际设计提供指导。7A85铝合金在降温环境中的主要析出序列为:SSS→G.P.区→η’（过渡相）→η相（平衡相）。整个线性升温过程中7A85铝合金仍有较多溶质原子未沉淀析出,引入降温时效可促进溶质原子析出使沉淀更加充分。TEM和HRTEM综合分析表明,7A85铝合金的主要强化相为沿{111}Al析出的圆盘状η’相。线性升温工艺得到的微观组织中η’相尺寸分布均匀,PFZ较窄。而降温时效在高温短时内形成宽大的PFZ,在低温阶段发生二次析出,其组织特征为:两种尺度共存的η’相和宽大的PFZ。7A85铝合金降温时效工艺的力学性能研究表明,190℃直接降温工艺仅利用传统时效工艺一半的时间获得了与之相当的性能指标,其抗拉强度高达554 MPa、屈服强度531 MPa、延伸率仍保持13.5%,这对大型结构件的工业生产具有实际价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究目的
• 1.2 Al-Zn-Mg-Cu 系合金的主要特点
• 1.3 Al-Zn-Mg-Cu 系合金的合金化元素
• 1.3.1 主合金元素Zn、Mg 和Cu
• 1.3.2 微量元素Zr
• 1.3.3 杂质元素Fe 和Si
• 1.4 Al-Zn-Mg-Cu 系合金的微观组织
• 1.4.1 Al-Zn-Mg-Cu 系合金时效沉淀顺序及沉淀相
• 1.4.2 Al-Zn-Mg-Cu 系合金强化机理
• 1.4.3 微观组织对性能的影响
• 1.5 Al-Zn-Mg-Cu 系合金的性能
• 1.5.1 力学性能
• 1.5.2 断裂韧性
• 1.5.3 耐腐蚀性
• 1.6 Al-Zn-Mg-Cu 系合金的热处理工艺
• 1.6.1 固溶处理
• 1.6.2 单级时效
• 1.6.3 多级时效
• 1.6.4 非等温时效
• 1.7 主要研究内容
• 第2章 材料和试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 合金成分
• 2.1.2 7A85 铝合金多向锻态组织
• 2.2 热处理工艺
• 2.2.1 固溶处理
• 2.2.2 非等温时效处理
• 2.3 性能测试方法
• 2.3.1 硬度测试
• 2.3.2 电导率测试
• 2.3.3 拉伸性能测试
• 2.4 组织分析方法
• 2.4.1 示差热分析
• 2.4.2 金相组织观察
• 2.4.3 透射电镜及高分辨分析
• 第3章 7A85 铝合金降温时效过程中硬度和电导率的变化规律
• 3.1 引言
• 3.2 7A85 铝合金缓慢降温工艺的研究
• 3.2.1 线性升温条件下合金的时效硬化特性
• 3.2.2 起始降温温度对硬度和电导率的影响
• 3.2.3 缓慢降温过程中合金的时效硬化特性
• 3.3 7A85 铝合金直接降温工艺研究
• 3.3.1 直接降温温度对硬度和电导率的影响
• 3.3.2 保温时间对硬度和电导率的影响
• 3.3.3 降温速率对硬度和电导率的影响
• 3.4 非等温时效的工艺范围
• 3.5 本章小结
• 第4章 7A85 铝合金降温时效过程中组织和拉伸性能的变化规律
• 4.1 引言
• 4.2 7A85 合金非等温时效组织的变化规律
• 4.2.1 线性升温工艺的时效组织变化
• 4.2.2 缓慢降温工艺的时效组织变化
• 4.2.3 直接降温工艺的时效组织变化
• 4.3 7A85 铝合金的DSC 分析
• 4.3.1 固溶态7A85 合金的DSC 分析
• 4.3.2 缓慢降温工艺的合金DSC 分析
• 4.3.3 直接降温工艺的DSC 分析
• 4.4 7A85 铝合金的非等温时效硬化特性
• 4.4.1 线性升温时效合金强度的变化
• 4.4.2 缓慢降温时效合金强度的变化
• 4.4.3 直接降温时效合金强度的变化
• 4.5 时效工艺组织和电导率对应关系研究
• 4.5.1 非等温时效工艺与合金组织的关系
• 4.5.2 非等温时效组织对合金电导率的影响
• 4.5.3 不同时效工艺下合金性能的比较
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢