Ag、Sc合金化及热处理工艺对7055铝合金的微观组织与性能影响研究.pdf

中南大学

博士学位论文

Ag、Sc合金化及热处理工艺对7055铝合金的微观组织与性能影
响研究

姓名：李海

申请学位级别：博士

专业：材料学

指导教师：郑子樵

20050501
捅要7055铝合金是Alcoa公司近年来开发出的一种新型超高强7000系铝合金，采用专利保护的T77处理工艺，降低了其应力腐蚀开裂倾向，同时保持高强度的优点，成功应用于Boein9777客机。然而国内关于7055铝合金的研究与开发尚处于刚起步阶段，因此深入开展7055铝合金热处理工艺以及相关微观组织研究十分必要。本文在国家973项目《提高铝材质量的基础研究》的支持下，借助金相、x射线衍射、扫描电镜和透射电镜等微观组织观察手段，以及显微硬度测试、电导率测量、力学性能测试等方法，详细研究了合金化和热处理工艺对7055合金微观组织与相关性能的影响，以期开发出具有自主知识产权的综合性能优良的7055铝合金及相关热处理工艺，为其实现工业化生产奠定坚实的基础。添加少量Ag的7055铝合金铸造组织中，晶界和晶内分别形成AIZnMgCuAg和A／FeCuZn型化合物。晶内A1FeCuZn粒子在均匀化过程中不能完全消除，相反成为Mg和Ag原子阱，形成新的A1ZnMgCuFeAg型化合物；7055铝合金的早期时效硬化响应，并且提高析出相稳定性，推迟过时效软化：但过量Ag增加非平衡共晶相体积分数，消耗主合金元素，不利于提高合金强度。sc的添加，和zr原予复合形成初生A13SeZr粒子。初生A13ScZr粒子作为形核核心，显著细化7055．0．2Sc合金铸态晶粒尺寸；激冷铸造过程中固溶的sc和zr原子在均匀化处理及随后的热变形过程中以共格二次A13ScZr粒子的形式析出，该二次粒子强烈钉扎变形组织，抑制固溶处理过程中再结晶和晶粒长大。7055．0．2Sc合金之所以能获得高于7055合金的力学性能，在于sc的添加降低了铸态组织中难溶非平衡相的体积分数、提高基体中溶质原子过饱和度、细小弥散的二次A13ScZr粒子的弥散强化作用以及较小晶粒尺寸的细晶强化作用。为了充分发挥RRA处理工艺优势，使其能够适合于工业应用，本文研究了预时效时间以及回归温度对无Ag和含Ag7055合金显微硬度、拉伸性能及微观组织的影响，研究结果表明，160。C、180。C回归时，含Ag的7055合金只有在120。C／12h预时效条件下，才出现回归早期硬度下降现象；延长预时效时间则不再出现；而不含Ag的7055合金在120℃／12h、18h、24h预时效条件下都出现了早期硬度下降现象。2004C回归时，三种合金都出现早期硬度下降；随着回归温度升高，回归硬度曲线上早期析出相回溶造成的硬度下降和后期析出相粗化造成博士学位论文Ag可以加快摘要
Nmml，比T6态分别高的硬度下降的时间均相应提前，但含Ag合金硬度下降速度较慢，这种现象归因于Ag的添加提高了析出相的稳定性，抑制了析出相在回归时的溶解和长大。7055．0．2Ag合金经200。C和220"C短时回归再时效后，其强度高于180"C短时回归再时效试样，延长回归时间，再时效后强度下降较快。在180。(2短时回归再时效条件下，经120。C／12h、24h预时效的试样强度高于18h预时效的再时效强度；但在长时回归条件下，18h预时效试样强度高于12h和24h预时效试样。采用120℃／24h+180*C／45min+120"C／24h的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及电导率分别为635．6MPa、623．7Mpa、7．4％和38．1％IACS，其强度接近于T6态的强度，电导率接近T73态的电导率，并且回归时间较长，适合工业应用。针对RRA处理后常出现的塑性降低这一现象，本文研究了7055．0．2AgT73及RRA三种状态下的断口形貌、析出相以及位错滑移等特征，实验结果表T6态合金断裂机制为剪切型穿晶断裂和沿晶断裂的混合型断裂；T73态主要呈韧窝型穿晶断裂，沿晶断裂成分减少；而RRA处理的试样断口则主要为沿晶断裂，并在晶界面上呈现少量韧窝型断裂特征。微观组织分析表明，不同热处理状态下断裂特征的差别与基体中析出相种类和晶界PFZ宽度变化有关，RRA处理造成的基体可剪切析出相和较宽PFZ共同作用下导致了塑性降低。经高温欠时效，甚至峰值时效处理后的7055铝合金，再进行低温二次时效，能获得近似于甚至高于T6状态的硬度和强度性能；尽管提高二次时效温度，可以缩短达到峰值硬度或强度所需的时间，但不利于7055合金断裂韧性的改善，而缩短预时效时间可同时提高合金韧性和强度。本文获得的最佳二次时效工艺为120。C／10min+60。C／240h。采用该工艺处理的合金，其抗拉强度、撕裂强度和单位面积裂纹形核功分别为652．3MPa、489．2MPa和57．0相，因而有利于强度