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。

含钪超高强铝合金在应变速率10^(-3)s^(-1)下的热流变及动态再结晶行为

采用等温热压缩实验和电子背散射衍射分析技术,研究了Al-11.1Zn-2.3Mg-2.0Cu-0.05Sc合金在应变速率10^(-3)s^(-1),变形温度653~733 K条件下的热流变及动态再结晶行为,建立动态再结晶临界应力、临界应变、相对含量、晶粒平均尺寸的拟合方程。结果表明:相关特征参数的拟合方程可以较好地描述含钪铝合金在实验条件范围内的动态再结晶行为。变形温度的升高会增加晶粒内部的取向差,减弱晶粒沿法向的择优取向,有助于动态再结晶的发生。动态回复是含钪铝合金的主要软化机制。随着温度的变化,铝合金微观组织存在不连续动态、连续动态及几何动态三种再结晶机制。

时效处理对含钪Al-Zn-Mg-Zr合金腐蚀行为的影响

采用恒温浸泡法、极化曲线测试、慢应变速率拉伸试验、扫描电镜及透射电镜等分析手段,研究时效处理对含钪Al-Zn-Mg-Zr合金腐蚀行为的影响。实验结果表明:合金在自然时效态下具有较差的抗晶间腐蚀和剥落腐蚀能力;合金腐蚀敏感性随着时效制度的变化由小到大的顺序为:T73时效,T6时效,欠时效,自然时效。经极化曲线测试分析,合金的腐蚀性能呈现相同趋势。在同一慢应变拉伸速率下,T73时效态的应力腐蚀敏感性相比T6时效态低;在相同时效状态下,应变速率为1.33×10 6s 1的应力腐蚀敏感性相比6.67×10 6s 1的高。合金的腐蚀敏感性与时效析出相(MgZn2)尺寸、分布及无沉淀析出带(PFZ)有关,在T6时效态下,晶界析出相连续的链状分布导致腐蚀敏感性大;同时,晶界析出相的粗化、不连续分布和无沉淀析出带的宽化,使得T73时效态的腐蚀敏感性显著降低。

含钪Al-Zn-Mg-Zr合金双级时效工艺的正交优化

采用正交试验对含0.25%(质量分数)钪Al-Zn-Mg-Zr合金的双级时效进行了工艺优化,研究了双级时效工艺参数(预时效温度和时间、终时效温度和时间)对合金力学性能和电导率的影响,观察了最佳工艺处理后合金的显微组织。结果表明:对该合金综合性能,尤其是力学性能影响程度由大到小的参数依次为终时效温度、终时效时间、预时效时间、预时效温度;该合金适宜的双级时效工艺为120℃×4h+140℃×12h,经该工艺处理后,合金的抗拉强度为553 MPa,屈服强度为534 MPa,伸长率为12.0%,电导率为37.3%IACS;合金基体组织中弥散分布着η′相以及Al3(Sc,Zr)粒子,有助于合金强度以及抗应力腐蚀性能的提高。

含钪铝锂合金的研究与发展

含Sc铝锂合金具有高的比强度、比刚度、塑韧性以及优异的焊接性能、低温性能和较低的各向异性,是新一代航天、航空用轻质铝合金结构材料。作者在查阅大量文献和赴俄罗斯考察的基础上,结合课题组研究工作,介绍了国内外含Sc铝锂合金研究发展情况,并提出了今后研究开发的方向。

钪对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织性能的影响

研究了微量钪对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织性能的影响,钪在铝合金中主要以2种形式的化合物存在,一种是合金凝固时从熔体中析出的一次Al3(Sc,Zr)相,另一种是合金铸锭均匀化时析出的二次Al3(Sc,Zr)相,前者是α(Al)晶粒细化剂,有效细化铸态晶粒,而二次Al3(Sc,Zr)粒子强烈钉扎晶粒内位错及亚晶界,有效阻止热轧、退火或固溶处理过程中合金再结晶。钪是产生强烈析出强化效应的合金元素,含0.30%Sc的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的抗拉强度和延性显著高于不加钪的铝合金。

含钪Al-Cu-Li合金的形变时效研究

通过显微组织观察和室温拉伸试验 ,研究了形变时效对含钪Al Cu Li合金组织和拉伸性能的影响。结果表明 ,时效前的预变形能促进T1(Al2 CuLi)相弥散细小的析出 ,显著提高合金的强度 ,使时效峰值提前。合金的强度随预变形量的增大而升高 ,但预变形量过大 ,不利于T1相的析出形态和分布 ,影响合金的性能。在本试验条件下 ,该合金的最佳预变形量为 3 5 %

新型含钪Al-Mg-Cu合金的抗应力腐蚀开裂特性

对3.5%NaCl溶液中新型含钪Al-Mg-Cu合金的应力腐蚀开裂宏观性能进行测试,并对裂纹尖端的成分与微观形貌进行分析。根据线弹性断裂力学理论,预制疲劳裂纹试样裂纹尖端处于平面应变状态,得到裂纹匀速扩展时的扩展速率、裂纹尖端应力强度因子以及应力腐蚀开裂强度因子的门槛值。扫描电镜及EDS分析表明:应力腐蚀开裂主要是沿晶扩展,预制裂纹与腐蚀介质中的溶解氧生成Al2O3,产生楔入力促使裂纹扩展;裂纹尖端基体主要发生阳极溶解反应,腐蚀产物以氯化铝为主。

热处理对含钪Al-Cu-Li-Zr合金组织与性能的影响

通过显微组织观察和室温拉伸实验,研究了固溶热处理制度和时效前预变形对Al-Cu-Li-Sc-Zr合金拉伸力学性能和显微组织的影响。结果表明,适当提高固溶温度或延长固溶时间可以促进过剩相的溶解,提高合金的强度和塑性;时效前适量的预变形促进T1相的大量、弥散、细小析出,显著提高合金强度。过大的预变形量使T1相变得粗大且分布不均匀,合金强度降低。合金适宜的固溶制度为530℃保温60 min,冷水淬火,适宜的预变形量为3.5%。

含钪Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金的腐蚀行为和电化学阻抗谱特征

通过晶间腐蚀、剥落腐蚀和极化曲线试验,结合电化学阻抗谱(EIS)测量,研究不同时效处理对含钪超高强Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金的晶间腐蚀和剥落腐蚀敏感性的影响。研究结果表明:在自然时效状态下,合金腐蚀敏感性最大;人工时效处理的合金,其腐蚀敏感性随时效时间的延长而降低,相应时效态合金在EXCO溶液中恒电位极化曲线分析,也得出相同的结论。晶界析出相和晶界无沉淀析出带(PFZ)是影响合金腐蚀性能的主要因素。随着时效时间的延长,η′和S′相逐渐向平衡的η和S相转变,晶界析出相粗化并呈链状分布,PFZ变宽等均有助于降低合金的腐蚀敏感性。合金的电化学阻抗谱(EIS)演变对腐蚀类型的转变具有规律的反映,可以用来对合金的腐蚀性能进行快速、无损的检测。

预变形对含钪Al-Cu-Li合金组织与性能的影响

采用显微组织观察和室温拉伸试验等手段,研究了形变时效中预变形对含钪Al-3.5Cu-1.5Li-0.12Zr合金微观组织与拉伸性能的影响.结果表明:时效前的预变形能促进T1(Al2CuLi)相弥散细小析出,显著提高合金强度,使时效峰值提前.合金强度随预变形量和时效时间增加而增加,到峰值后,随预变形量增加和时效时间的延长,T1相长大粗化,合金强度和塑性降低.在本试验条件下该合金合宜的预变形量为3.5%～5.6%.

含钪铝锌镁合金铸锭和均匀化显微组织研究

采用金相显微镜、差示扫描量热仪、扫描电镜及其能谱仪研究了Al-5.4Zn-2.0Mg-0.3Mn-0.25Cu-0.1Zr和Al-5.4Zn-2.0Mg-0.3Mn-0.35Cu-0.1Zr-0.25Sc两种合金的铸态及均匀化态显微组织演变与成分分布。结果表明:铸态组织以典型的枝晶结构存在,由过饱和的α-Al固溶体和α-Al+η-MgZn2的非平衡共晶相组成;铸态合金在470℃保温24 h,非平衡共晶相消失,合金枝晶偏析消除。确定合金铸锭的理想均匀化工艺参数为470℃×24 h。

取向对含钪2124铝合金抗应力腐蚀开裂行为的影响

采用光学显微镜和扫描电镜等研究新型含钪2124铝合金两种不同取向试样在3.5%NaCl(质量分数)溶液中的应力腐蚀开裂行为,并对裂纹尖端形貌和腐蚀形貌进行分析。结果表明:该铝合金在应力腐蚀时首先发生阳极溶解,裂纹尖端晶界处大量聚集的腐蚀产物产生的楔入力和外加应力的共同作用促使预制裂纹在腐蚀介质中进一步沿晶界向纵深方向扩展;两种取向试样在全浸腐蚀时均发生明显的晶间腐蚀,容易发生应力腐蚀开裂;得到了不同取向试样的应力腐蚀裂纹扩展规律及应力腐蚀强度因子门槛值,并探讨取向对应力腐蚀开裂行为的影响。

含钪铝锌镁锆合金的热变形加工图及其应用

利用Gleeble-1500型热模拟试验机对含钪铝锌镁锆高强可焊铝合金进行热压缩试验,研究了该合金在热变形过程中的流变应力;在此基础上,基于动态材料模型以及PRASAD失稳判据,建立了合金的热变形加工图,并得出了合金的最佳热加工工艺参数。结果表明:试验合金的高温流变应力-应变曲线主要以动态回复和动态再结晶软化机制为特征,其流变行为可以用双曲正弦形式的本构方程来描述,其变形激活能为150.25kJ·mol-1;该合金适宜采用变形温度为360～400℃、应变速率为0.001～0.003s-1的热加工工艺。

含钪Al-Cu-Li-Zr合金的剥蚀性能及电化学阻抗谱

采用剥落腐蚀(Exfoliation corrosion,EXCO)实验和电化学阻抗测试方法,研究时效对新型含钪Al-Cu-Li-Zr合金剥蚀性能的影响。结果表明:合金在EXCO溶液中剥落腐蚀敏感性由高到低的顺序为过时效,峰时效,欠时效;合金在EXCO溶液中浸泡初期,其电化学阻抗谱由一个高频容抗弧和低频感抗弧组成,且随浸泡时间的延长,低频感抗部分逐渐减弱直至消失;一旦发生剥蚀,合金的电化学阻抗谱出现两个部分重叠的容抗弧。依据腐蚀特征和电化学原理设计了等效电路图,对合金腐蚀发展过程的电化学阻抗谱进行了拟合,拟合数据和实验结果一致。

含钪Al-Cu-Li-Zr合金的热处理制度

通过显微组织观察和室温拉伸实验,研究了固溶热处理制度和时效制度对含Sc的Al-Cu-Li-Zr合金拉伸力学性能与显微组织的影响。结果表明,适当提高固溶温度或延长固溶时间可以促进合金中过剩相的溶解,提高合金的强度和塑性;合金适宜的固溶-时效处理制度为530℃×1 h水淬+160℃×40 h时效,在此条件下,合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为490MPa、416 MPa和9.8%。T1相是合金的主要时效强化相。

含钪Al-Cu-Li-Zr合金的热处理

通过显微组织观察和室温拉伸实验,研究了固溶处理制度和时效前预变形对含Sc的Al-Cu-Li-Zr合金力学性能与显微组织的影响。结果表明:适当提高固溶温度或延长固溶时间可以促进合金中过剩相的溶解,提高合金的强度和塑性;时效前适量的预变形促进T1相的大量弥散、细小析出,显著提高合金强度。过大的预变形量使T1相变得粗大且分布不均匀,合金强度降低。合金适宜的固溶制度为530℃,保温60 min,适宜的预变形量为3.5%。

热变形条件对含钪铝锂合金流变应力和显微组织的影响

在变形温度为380～500℃,应变速率为0.001～10 s-1的条件下,采用Gleeble-1500热模拟试验机对含钪Al-Cu-Li-Zr合金的热变形行为进行了研究。结果表明:含钪Al-Cu-Li-Zr合金流变应力随变形温度升高和应变速率的降低而减小;变形初期,应力值随应变的增加迅速提高,显示出明显的加工硬化效应。当应力值达到峰值后,随着变形增加,流变应力逐步降低,合金出现明显的软化现象。根据流变应力本构方程及利用作图法和线性回归方法求解得出各参数值,得出流变峰值应力方程;该合金在高温压缩试验中会发生动态回复,在一定条件下会发生动态再结晶,并且温度越高应变速率越低,该合金越易发生动态再结晶,从而表现出其流变应力越低。

含钪Al-Cu-Li-Zr合金的热变形行为及组织演化

在实验温度范围为380~500℃、应变速率范围为0.001~10.0 s-1,采用Gleeble-1500热模拟机,对含钪Al-Cu-Li-Zr合金的高温热变形行为进行研究,采用金相显微镜和透射电镜观察合金在压缩变形时的组织变化。结果表明：变形温度和应变速率的变化强烈影响合金的流变应力,合金的流变应力随变形速率的增加而增大,随变形温度的升高而降低,可用包含Arrhenius项的Zener-Hollomon参数描述合金在高温压缩变形时的流变应力行为。当合金在温度低于440℃变形时,合金中主要形成亚晶组织,仅发生动态回复;在ln Z≤36.7变形时,合金发生部分动态再结晶,其动态再结晶形核机制主要为晶界弓出和亚晶合并形核。

含钪Al-Cu-Li合金氩弧焊接头组织与性能

为了探索新型含钪Al-Cu-Li-Zr合金板材的焊接接头性能,采用氩弧焊接工艺对该合金的T6峰时效态板材进行了焊接.采用室温拉伸力学性能试验、金相显微镜和透射电镜研究了焊缝的显微组织和力学性能之间的关系.结果表明,在氩弧焊条件下,采用钪与锆、锰等多组元复合微合金化焊丝对含钪Al-Cu-Li-Zr合金板材进行焊接,焊接接头的强度系数达到65%,拉伸试验断口发生在热影响区内,微量钪对焊接接头具有晶粒细化强化作用和直接析出强化作用.