高压扭转变形对一种新型Al-Zn-Mg-Cu合金组织和性能的影响

对一种新型Al-Zn-Mg-Cu合金进行4圈、8圈和12圈的高压扭转变形和时效处理,采用OM、XRD和拉伸测试对其显微组织和力学性能进行了研究。研究发现,高压扭转变形能够显著细化该合金晶粒尺寸;过多的扭转圈数对合金的强化效果反而减弱;当扭转12圈、时效处理后试样明显析出较多的MgZn2相。结果表明,该新型Al-Zn-Mg-Cu合金经高压扭转变形后主要存在3种强化机制,细晶强化、位错强化和析出强化。剧烈塑性变形可能促使该材料析出的强化相逐渐回溶至Al基体中。

7A60铝合金ECAP过程第二相演化行为及机理

采用X射线衍射仪、扫描电镜以及光学显微镜等手段对等径角挤压(ECAP)变形前后7A60铝合金多元合金相的演化进行研究。结果表明,轧制态7A60铝合金内部主要存在MgZn_2、Al_2Cu相,等径角挤压工艺可以明显地碎化合金内部的第二相,改善其分布的均匀性;随着变形道次的增加,基体中粗大第二相沿剪切方向发生明显碎化,第二相发生回溶,四道次ECAP变形后第二相碎化成球状,尺寸由5~20μm碎化到1μm左右;初始态7A60铝合金抗拉强度为305MPa,随着变形道次的增加,合金的强度增强,四道后7A60铝合金的抗拉强度为492MPa;拉伸断口表现为韧性断裂,第二相对韧窝的形状和尺寸起决定性作用。

Al-Zn-Mg-Cu合金高压扭转变形微观组织及力学性能

以Al-Zn-Mg-Cu合金为研究对象,在不同变形工艺条件(扭转圈数、变形温度)下对其进行高压扭转试验,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射技术(XRD)以及硬度测试等手段分析变形工艺参数对合金微观组织和力学性能的影响规律。研究结果表明:原始铸态组织呈等轴状,分布不均匀,粗大的第二相粒子(Al_2Cu、MgZn_2)沿晶界呈链状分布;高压扭转变形过程中,随着变形温度的升高、扭转圈数的增多,基体组织中粗大的第二相粒子数量明显减少,分布更加均匀,第二相粒子回溶进Al基体,获得过饱和固溶体;高压扭转变形后的Al-Zn-Mg-Cu合金位错密度显著上升,并且扭转圈数越多,变形温度越高,位错密度增加幅度也越大,微晶尺寸则随着扭转圈数的增大和变形温度的升高而减小;高压扭转变形后Al-Zn-Mg-Cu合金显微硬度值总体上随扭转圈数增大和变形温度升高而增大。

高压扭转诱导新型Al-Zn-Mg-Cu合金第二相回溶

分别在380和400℃下对铸态Al-Zn-Mg-Cu合金进行高压扭转实验,随后对变形试样进行温度为100℃、时间为2～10h的时效实验。采用X射线衍射仪、扫描电镜和维氏硬度分析Al-Zn-Mg-Cu合金在高压扭转变形过程中第二相形貌与含量变化以及时效过程中形变试样硬度的变化。结果表明:在高压扭转变形中,合金中第二相破碎、细化并回溶到基体中形成过饱和固溶体,第二相的回溶程度随着温度的升高和变形量的增加而增加。变形试样经100℃时效处理后,硬度随时效时间的增加先上升后下降。试样回溶程度越高,时效达到峰值所需的时间越短。

高能缺陷和第二相对新型超高强铝合金腐蚀行为的影响

采用等径角挤压(ECAP)和固溶时效处理获得超高强铝合金,并采用透射电子显微镜、扫描电镜以及电化学工作站等测试手段对其微观结构演变以及电化学腐蚀行为进行研究。结果表明:等径角挤压变形后晶粒细化至亚微米(9.68→1μm),大变形诱导的溶质原子偏析和不连续脱溶效应造成第二相长大(53→416 nm)和晶界偏聚;大塑性变形材料经固溶时效处理后,部分第二相的晶界偏析现象减弱,呈细小颗粒状弥散分布于铝基体中。细晶组织和高能缺陷有利于形成附着力良好且致密稳定的氧化膜,晶界偏析的减弱和弥散细小的第二相抑制了点蚀对晶间腐蚀的促进作用,最终显著优化超高强铝合金的耐腐蚀性能。

往复挤压对高硅铝合金组织及性能影响

采用有限元模拟和物理模拟相结合的方法对高硅铝合金的往复挤压变形过程进行研究,并对其变形后的显微组织和性能进行分析。结果表明,变形后坯料外侧区域的应变量高于中间区域;随着挤压道次的增加,坯料的平均等效应变稳步提升。往复挤压使坯料的晶粒及硅颗粒明显的均匀细化,且在变形后坯料的外侧区域更为显著。坯料的强度及塑性在往复挤压后都有较大的提升,初始坯料的抗拉强度为140 MPa,伸长率为2.4%,经3道次往复挤压后,高硅铝合金的抗拉强度最高提升了142%,达到了199 MPa,伸长率最高提升了296%,达到了7.1%。

7A60铝合金搅拌摩擦加工组织及性能

以7A60铝合金为研究对象,采用搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing,FSP)技术对其进行塑性改性并探索加工参数对7A60铝合金组织及力学性能的影响.结果表明:搅拌摩擦加工过程中铝合金发生动态再结晶而形成细小均匀的等轴晶;基体中第二相破碎细化,均匀分布在基体中且组织中η(MgZn2)相发生回溶;速比因子在很大程度上影响合金性能,随着速比因子的增大,搅拌区硬度先增加后减小.当速比因子为5时,材料显微硬度和抗拉强度达到最高(维氏硬度约120,抗拉强度449.9 MPa),相比母材分别提高37.5%和35.5%;速比因子继续增大时,搅拌头产热量急剧增加,导致材料组织严重粗化且拉伸断口韧窝变浅,使得材料强度和塑性降低.

高压扭转-时效处理后新型Al-Zn-Mg-Cu合金的断裂行为

为了研究大塑性变形及时效处理对新型Al-Zn-Mg-Cu合金断裂性能的影响,对新型Al-Zn-Mg-Cu合金进行4、8和12圈的高压扭转变形,然后进行时效处理。采用OM、SEM、EBSD和TEM研究了高压扭转-时效处理对该合金断裂性能的作用机理。发现试样扭转4圈后粗大的第二相(Al2CuMg相和MgZn2相)得到细化,强度和伸长率得到提高,但当试样扭转8和12圈时,在拉伸变形时趋向于发生脆性断裂;扭转12圈的试样经过时效处理后,强度和伸长率可得到提高,合金趋向于发生韧性断裂。结果表明,高压扭转变形可在一定程度上提高该新型Al-Zn-Mg-Cu合金的强度和断裂性能,但过多的剪切变形反而对合金的强化和韧性不利。

7A60铝合金高压扭转变形微观组织及力学性能分析

对不同高径比H/D的7A60铝合金坯料进行高压扭转实验,借助于EBSD技术分析了变形7A60铝合金微观组织(晶界取向差、晶粒取向)演变规律,同时对变形7A60铝合金进行拉伸实验和断口扫描,分析7A60铝合金的抗拉强度、断裂方式和断裂机理。研究结果表明:高压扭转变形后7A60铝合金晶粒发生了明显破碎细化,当高径比H/D为0.25时,晶粒取向沿<001>、<101>方向;当进一步减小高径比H/D时,在三叉晶界处出现了细小的动态再结晶晶粒,取向角在2°≤θ≤5°范围内的小角度晶界比例较大,同一晶粒内部出现了颜色渐变区,大部分晶粒取向沿<111>方向;高压扭转变形后7A60铝合金抗拉强度明显提高,最高抗拉强度达到了751 MPa,提升幅度达到了20.74%,在强度得到大幅提高的同时伸长率也得到了较好的保持,最高伸长率为14%;高压扭转变形后7A60铝合金断裂方式为塑性断裂,断裂机理属于微孔连接断裂。

压扭成形关键工艺参数对铝合金杯形件性能的影响

采用压扭复合成形工艺实现某型号Al-Zn-Mg-Cu合金杯形件成形,采用金相观察、拉伸试验和扫描电镜等分析测试手段,研究了不同工艺参数对Al-Zn-Mg-Cu合金杯形件微观组织、力学性能和断裂方式的影响。结果表明,Al-Zn-Mg-Cu合金杯形件压扭成形最佳温度为400℃,此时微观组织几乎全部由细小等轴晶组成,材料抗拉强度最高为430MPa,强度提高了49.8%;当变形温度高于300℃时,Al-Zn-Mg-Cu合金压扭变形后其断裂方式为塑性断裂,而当成形温度低于300℃时,其断裂方式呈现一定程度的脆性断裂;Al-Zn-Mg-Cu合金杯形件压扭成形扭转圈数不宜过大(不大于5圈),当扭转圈数较小(不大于5圈)时,Al-Zn-Mg-Cu合金压扭变形后其断裂方式为塑性断裂,且随着扭转圈数的增大,微观断口表面韧窝数量增加,韧窝深度加深;当扭转圈数较大(大于5圈)时,其断裂方式呈现一定程度的脆性断裂。

高压扭转变形的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金显微组织及织构

在380℃变形条件下对不同高径比的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金试样进行高压扭转实验,借助于EBSD和XRD技术分析变形Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的显微组织、第二相粒子和织构的演变规律。结果表明:在高压扭转过程中,大量第二相粒子从过饱和Al基体中脱溶析出,显微组织明显细化,在部分三叉晶界处出现了细小的动态再结晶组织;材料织构强度随着高径比的减小而减弱;当高径比为0.20时,晶粒的择优取向方向也发生了明显变化,晶粒在<102>、<111>方向上出现了择优取向。

高压扭转法制备非均匀层状结构Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的组织演变与力学性能

采用透射电子显微镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)和Instron试验机对试验温度400℃下高压扭转变形加工的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金进行组织和力学性能的表征与测试。结果表明,变形试样的晶界和晶粒中的第二相明显被破碎和细化,晶界无沉淀析出带宽度变窄,大大提高了变形试样的强度和塑性。初始样品的晶粒取向是随机分布的。当应变较小时,试样的晶粒尺寸、晶粒取向和局部取向差异均呈现非均匀的片层状分布。由于非均匀层状组织在变形过程中产生的背应力强化效应,0.5圈变形试样的力学性能最好。

高压扭转对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金抗应力腐蚀性能影响

在400℃下对铸态Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金进行压强为1GPa的高压扭转和热处理实验,并利用金相显微镜、电化学工作站、慢应变速率拉伸机测试初始及变形试样的显微组织、电化学腐蚀性能及抗应力腐蚀性能。结果表明,高压扭转通过调控晶粒和第二相的尺寸与分布,可以同时提升7系铝合金的抗拉强度和抗应力腐蚀性能。铸态合金由于晶界处团聚的粗大第二相持续腐蚀,导致明显的晶间腐蚀及较差的抗应力腐蚀性能。0.5圈变形后第二相破碎及含量减少导致试样腐蚀敏感性降低,同时晶粒细化能减小面滑移而增大均值滑移模式,使HPT变形后试样的抗应力腐蚀性能显著提升。2圈变形后试样为尺寸更加细小的均匀细晶组织,其均值滑移模式相比于0.5圈变形试样进一步增强,但在剧烈点蚀与应力集中的共同作用下,抗应力腐蚀性能略有降低。

Al－Zn－Mg－Cu－Zr合金高压扭转变形数值模拟及实验研究

Al—Zn—Mg—Cu-Zr合金作为一种轻质结构材料，在专用机器、航空航天以及核工业等领域实现了广泛应用。它具有很多优良特性．如密度低、抗拉强度高、加工性能好以及焊接性能优良等。因此．它有望在许多关键领域取代昂贵的钛合金，成为一种重要的轻质结构材料。