电弧熔覆和激光喷丸对轨道交通用Al-Zn-Mg合金疲劳扩展和腐蚀性能的影响

为了提高再制造修复铝合金的服役性能特别是疲劳性能和抗腐蚀性能,以轨道交通用具有代表性的Al-Zn-Mg合金板材为研究对象,在研究合金疲劳行为的基础上模拟实际服役条件对合金造成的损伤。通过不同的电弧熔覆工艺和激光冲击强化技术对产生裂纹的样品合金进行修复,综合比较了修复前后合金的服役性能差异。研究发现,与传统电弧熔覆相比,结合激光冲击强化的电弧熔覆能显著提高合金的疲劳抗力和耐蚀性,电弧熔覆结合激光冲击强化的样品在低应力因子强度范围内展现出更低的疲劳裂纹扩展速率,并在高应力因子强度范围仍维持较低的扩展速率,显著提升了疲劳寿命,同时也降低了晶间腐蚀深度,增强了合金的抗腐蚀性能。该研究结果可为轨道交通用铝合金结构件的服役寿命延长和腐蚀控制提供理论依据和科学指导。

时效处理对不同晶粒组织Al-Zn-Mg合金腐蚀性能的影响

以中强Al-Zn-Mg合金为研究对象,采用晶间腐蚀、电化学极化曲线测试、慢应变速率拉伸等试验,结合OM、TEM、SEM、EBSD等组织分析方法研究时效处理和晶粒组织对合金腐蚀性能的影响。研究结果表明:随着双级时效时间的延长,再结晶晶粒合金的抗腐蚀性能逐渐提升,从欠时效处理到过时效处理,晶间腐蚀等级由4级降为2级,电化学腐蚀电流密度由27.71μA/cm^(2)降为0.098μA/cm^(2),应力腐蚀指数由79.15降至18.40;纤维晶粒合金与同时效阶段的再结晶晶粒合金相比,其抗腐蚀性能显著提升,其中,晶间腐蚀最大深度降低了35.9%,电化学腐蚀电流密度降低了81.4%,年腐蚀速率降低了81.9%,应力腐蚀敏感指数降低了46.2%。中强Al-Zn-Mg合金腐蚀性能的提升主要源于其较低的再结晶分数和较低的大角度晶界占比。

添加0.09 wt%钒对Al-Zn-Mg合金疲劳裂纹扩展的影响

本文以添加0.09 wt% V含量的Al-Zn-Mg合金为对象,对比研究了添加V元素对Al-Zn-Mg合金的疲劳裂纹扩展速率的影响。通过扫描电镜表征了疲劳裂纹扩展各个阶段的裂纹扩展路径。结果表明,添加0.09 wt% V含量的Al-Zn-Mg合金的疲劳裂纹扩展速率高于不添加V的Al-Zn-Mg合金。通过分析疲劳裂纹扩展路径的SEM结果发现,不添加V的疲劳裂纹扩展路径更加曲折。同时,在添加0.09 wt% V含量的Al-Zn-Mg合金中观察到了两种不同类型的含V相对裂纹扩展的影响,V含量高的第二相对疲劳裂纹扩展具有阻碍作用。V的添加加快了Al-Zn-Mg合金的疲劳裂纹扩展。

微量Zr和Si对体育器材用Al-Zn-Mg合金组织和耐蚀性的影响

采用光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、电化学试验、拉伸试验、双悬臂梁(DCB)试验等方法,研究了Zr、Si含量对体育器材用Al-Zn-Mg合金组织、拉伸性能和在3.5%NaCl溶液中耐蚀性的影响。结果表明:添加微量Zr、Si对合金组织和性能均产生明显影响,复合添加Zr、Si比单独添加Zr效果更好;在合金中添加0.15%Zr后,合金晶粒尺寸明显减小,但部分再结晶晶粒长大;在合金中复合添加0.15%Zr和0.08%Si后,合金晶粒尺寸进一步减小,且晶粒尺寸大小均一,呈等轴晶状;与未添加Zr、Si的合金相比,复合添加0.15%Zr和0.08%Si的合金的平均晶粒尺寸由177.8μm降低到6.8μm,抗拉强度和屈服强度由283.6 MPa和249.2 MPa提升至368.1 MPa和319.2 MPa,应力强度因子KISCC由3.2提升至10.9,合金的抗电化学腐蚀性能显著提高。

高强度Al-Zn-Mg合金MIG与CMT+P焊接接头组织及性能研究

采用熔化极惰性气体保护焊接(MIG)和冷金属过渡+脉冲焊接(CMT+P)两种电弧焊接模式对20 mm厚7A52铝合金进行对比焊接实验,从焊接缺陷、晶粒尺寸及析出相等方面研究不同电弧焊接模式对焊接接头显微组织及力学性能的影响。结果表明,两种焊接接头成形良好且无明显缺陷,焊缝组织为铸态等轴枝晶,并在焊缝中发现条状或块状的富铁杂质相AlFeMn和Mg2Si以及与α(Al)基体呈非共格关系的Al3Mg2相。但MIG焊接焊缝区气孔率为2.73%,而CMT+P焊接焊缝区气孔率仅为0.64%,同时CMT+P模式下焊缝晶粒尺寸较小、热影响区宽度较窄以及晶界偏析较小,因而CMT+P模式下接头强度更高,约为289 MPa。两种模式下拉伸断口均是以韧窝为主要特征的韧性断裂。

w(Zn)/w(Mg)对Al-Zn-Mg合金组织和力学性能的影响

借助金相显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)、维氏硬度计和电子万能试验机研究了w(Zn)/w(Mg)对新型Al-Zn-Mg合金组织和力学性能的影响。研究结果表明:当Zn、Mg总含量相近时,w(Zn)/w(Mg)降低,则Al-Zn-Mg合金的硬度提高,峰值时效时间缩短。当Zn、Mg总量减少,且w(Zn)/w(Mg)减小时,意味着合金中Mg含量相对较高,这同样提高了合金的峰值硬度,缩短了峰值时效时间。随着w(Zn)/w(Mg)从11.4降至6.1,合金晶内η′相数量密度增大,平均直径减小,η′相数量密度从66521μm^(-3)增加至118142μm^(-3),平均直径从4.3 nm降低至3.7 nm,合金的拉伸强度随之提高。当w(Zn)/w(Mg)为6.1时,合金T6态的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为447 MPa、397 MPa和18.9%。

准原位腐蚀研究Sc含量对Al-Zn-Mg合金微观组织及耐蚀性的影响

本文研究了添加Sc对Al-Zn-Mg合金耐蚀性的影响。在Al-Zn-Mg合金中添加Sc可以更有效地阻碍热处理过程中的再结晶,增强其力学性能。添加Sc的合金在晶界析出中表现出显著的不连续性。此外,在Sc含量为0.29 wt.%的合金中,η相在晶界上的分布间距最大,避免了细小连续的η相为腐蚀提供通道,从而增强晶间腐蚀抗性。剥落腐蚀试验和微观结构再结晶分析表明,添加Sc对再结晶有抑制作用,从而提高了耐腐蚀性。准原位腐蚀试验结果表明,Sc含量为0.29 wt.%的Al-Zn-Mg合金的未腐蚀织构呈先快速减少后迅速增多的趋势,由此提出了在Al-Zn-Mg合金腐蚀初期,添加Sc对改善其表面织构和提高其耐蚀性具有重要作用的结论。

晶粒组织对Al-Zn-Mg合金力学性能和腐蚀性能的影响

以分别具有再结晶和纤维晶粒组织的两种Al-Zn-Mg合金为研究对象,通过室温拉伸、剥落腐蚀、慢应变速率拉伸、四点弯曲试验,结合金相显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)观察研究了晶粒组织对合金力学性能和腐蚀性能的影响。结果表明:纤维组织合金相比于再结晶组织合金屈服强度提高24.7 MPa,抗拉强度提高56 MPa;纤维组织合金表现出更优的抗应力腐蚀性能,其在慢应变速率拉伸试验中的抗拉强度以及伸长率的损失率分别比再结晶组织合金降低了65.2%和80.3%,应力腐蚀指数降低了75.5%,在四点弯曲试验过程中发生断裂的时间是再结晶组织合金的57倍;纤维组织合金的剥落腐蚀性能低于再结晶组织合金,其最大腐蚀深度增加了160.4%。纤维组织合金的力学性能的提升主要来自细晶强化作用,抗应力腐蚀性能的提升主要源于其较低的再结晶分数和较低的大角度晶界占比。

时效温度和Ag对Al-Zn-Mg合金力学性能与微观结构的影响

本文研究了在不同时效温度条件下Ag对Al-Zn-Mg铝合金力学性能与微观结构的影响。结果表明,随着时效温度的提升,Ag对合金硬度的影响增大,合金晶界无析出带宽度明显减小。时效温度为120℃时,含Ag和不含Ag的Al-Zn-Mg铝合金均以η系列相析出为主,但含Ag合金的晶内析出相分布更为细小弥散,尺寸减小的同时径厚比增大。当时效温度升高至160℃和180℃,Ag对合金峰值硬度的提升作用显著增加。此时,Al-Zn-Mg合金主要强化相由η系列相转变为T系列相,同时尺寸明显增大,而含Ag合金中主要强化相类型与120℃时相同,仍然为η系列相,且尺寸并未明显增大。

稀土铒在Al-Zn-Mg合金中的存在形式与细化机理

采用钢模铸造法制备了不同含量的稀土元素铒的Al 6Zn 2Mg合金,利用金相组织观察、扫描电镜、透射电镜与能谱分析等分析测试手段,研究了铒在合金中的存在形式与细化机理。结果表明:铒在合金中主要有3种存在形式,即固溶到基体α(Al)中、形成初生Al3Er相或以共晶化合物的形式分布在晶界、以细小Al3Er形式在晶内析出;不同含量的铒能不同程度地细化晶粒,当铒含量不超过0.25%时,枝晶间距减少,但晶粒没有明显细化,当铒含量达0.4%时,细化效果已非常显著,随着铒含量的增大,晶粒略为细小;不同含量的铒对合金的细化机理取决于它在合金中的存在形式,当铒含量较低时,其细化机理符合传统的稀土铝合金细化机理,当铒含量较高时,由于在熔体中形成了初生Al3Er相,这些Al3Er相可以作为非均质核心而使晶粒得到细化,是合金的主要细化机理。

Al-Zn-Mg合金的热变形组织演化

采用 Ｇｌｅｅｂｌｅ １５００热压缩模拟试验机研究了 Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ（７００５）合金的高温变形组织演化行为．利用 ＴＥＭ分析了合金在不同压缩条件下的组织形貌特征，采用ＥＢＳＰ分析了晶粒间的取向差，研究了其动态再结晶行为通过回归分析建立了７００５合金热变形条件与变形亚晶尺寸间关系的半经验模型．合金平均亚晶大小随温度补偿应变速率 Ｚ参数（Ｚｅｎｅｒ－Ｈｏｌｌｏｍｏｎ参数）的降低而增大，其倒数与Ｚ参数的自然对数和流变应力双曲正弦项的自然对数间均满足线性关系．合金在ｌｎ Ｚ＜２１．０条件下变形时，发生几何动态再结晶并形成了细小的等轴再结晶晶粒．

含钪Al-Zn-Mg合金的热变形行为和显微组织

采用Gleeble-1500热模拟试验机对含钪Al-Zn-Mg合金进行热压缩实验,研究了合金在不同热压缩条件下的热变形行为和显微组织。结果表明:合金的流变应力随应变速率的增大而增大,随变形温度的升高而减小。该合金热压缩变形的流变应力行为可用Zener-Hollomon参数来描述,其热变形激活能为150.25kJ/mol。在变形温度为380℃,应变速率为1s-1条件下,合金组织中存在大量的位错墙,表明发生了动态回复现象。随着变形温度的升高,当温度为500℃时,合金中出现了再结晶晶粒,说明主要软化机制逐步由动态回复转变为动态再结晶。

微量Sc和Zr对Al-Zn-Mg合金组织与性能的影响

采用铸锭冶金法制备了 Al- 6 .2 Zn- 2 .0 Mg- 0 .2 5 Sc- 0 .12 Zr和 Al- 6 .2 Zn- 2 .0 Mg合金 ,测试不同处理态的拉伸力学性能 ,利用金相显微镜和透射电子显微镜研究其不同处理态的显微组织。结果表明 :添加微量 Sc和 Zr可明显细化合金的铸态晶粒 ,并显著提高 Al- Zn- Mg合金的力学性能 ,其作用机理主要为 Al3(Sc,Zr)造成的细晶强化。

高温预析出对Al-Zn-Mg合金板材应力腐蚀断裂的影响

研究了高温预析出对7A52合金组织、时效硬化和应力腐蚀断裂的影响。结果表明:高温预析出处理在保持7A52合金强度、塑性的同时,可提高合金抗应力腐蚀性能。480℃固溶处理条件下,经过预析出处理后,合金应力腐蚀开裂界限应力强度因子KISCC由7.6MPa.m1/2提高至9.1MPa.m1/2,475℃固溶处理条件下,经过预析出处理后,KISCC由8.9MPa.m1/2提高至11.1MPa.m1/2;未经预析出处理的7A52合金应力腐蚀断裂区发生严重的阳极溶解腐蚀,晶界和亚晶界均发生断裂,经高温预析出处理后,应力腐蚀裂纹仅沿平行晶界扩展;高温预析出处理使晶界析出相粗化显著、离散度增大且晶界析出相Cu含量提高,这是合金抗应力腐蚀性能得到显著改善的重要原因。

稀土对Al-Zn-Mg合金力学性能和应力腐蚀的影响

将 0 .0 6%稀土加入到 Al- Zn- Mg合金中 ,固溶处理后在 1 5 0℃下时效 .在峰时效条件下 ,观察稀土对其力学性能和抗应力腐蚀断裂性能的影响 .结果表明 ,稀土的加入使硬度峰值出现的时间提前 ,并使硬度峰值、屈服强度、抗拉强度、延伸率和抗应力腐蚀断裂的能力增加 .金相观察和 X射线衍射结果表明 ,稀土的加入减小了晶粒尺寸 ,促进了强化相 Mg Zn2的析出 ,此外稀土还能够明显减少合金中的氢含量 .

Al-Zn-Mg合金中η′,η析出相结构模型的分析

介绍了 Al-Zn-Mg系合金中的η′,η硬化析出相的形成条件和过程 ,着重分析亚稳相η′的几种结构模型及其与母相的位向关系 ,简要讨论析出相对合金的力学性能的影响 。

基于应变补偿的Al-Zn-Mg合金热变形行为及全应变本构模型

利用Gleeble-3500热模拟试验机对Al-Zn-Mg合金进行单道次热压缩试验,获得其在变形温度350~500℃、应变速率0.01~10 s^-1下的应力-应变曲线。对热变形曲线进行摩擦修正,并基于Arrhenius方程建立全应变本构模型,以预测热变形力学行为。结果表明,变形温度及应变速率对热变形力学行为有重要影响,流变应力随变形温度的降低及应变速率的升高而显著升高。位错运动主导的动态回复软化及材料内部晶粒动态再结晶主导的再结晶软化的启动,是抵消加工硬化的主要机制。所建立的全应变本构模型的流变应力预测值与试验值吻合较好,平均相对误差为3.75%,相关系数为0.99。

等离子净化Al-Zn-Mg合金时效组织与性能研究

对净化前、后合金氢含量和力学性能进行测试,并采用TEM对等离子净化后的Al-Zn-Mg合金时效组织进行分析。结果表明:Al-Zn-Mg合金氢含量由0.17 mL/100 g Al降低到0.11 mL/100 g Al;经460℃×120 min固溶、130℃×16 h时效处理后,晶内的析出相细小弥散,晶界上析出相连续分布,GP区起主要的强化作用;Rm达到590 MPa,Rp0.2达到510 MPa,断后伸长率达到8.5%,硬度达到160HB。

Al-Zn-Mg合金升温时效析出过程的研究

对Al-Zn-Mg合金升温时效过程中的硬度变化进行研究。通过DSC测试对Cu元素对Al-Zn-Mg合金在升温时效过程中的析出过程的影响进行研究。结果表明,升温时效后合金可获得比T6(120℃/24h)更高的硬度。并且Cu元素在升温时效过程中可增加GP区的稳定性,并促进GP区向η'相的转变。

Al-Zn-Mg合金的表面纳米晶化及其热稳定性研究

利用高能喷丸技术在Al-Zn-Mg合金上制备出纳米晶结构表层，利用X-射线衍射仪、光学显微镜和透射电子显微镜研究由表层沿厚度方向的结构变化特征，并对纳米晶层的热稳定性进行分析。结果表明：高能喷丸处理后，在样品表层获得了等轴、随机取向的纳米晶粒，平均晶粒尺寸约为20nm；晶粒细化遵循逐渐细分原则；动态再结晶可能导致纳米晶粒组织最终形成；高应变量和应变速率及变形过程中的温升对表层纳米晶粒的形成起到了重要作用。表层纳米晶结构层在250℃真空退火后，有大量纳米级析出相析出，晶粒长至300nm左右，表现出较好的热稳定性。