Al-Zn-Mg-Cu合金加工过程组织演变研究

通过Jmatpro热力学计算、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)研究了7175合金在加工过程中的组织演变。结果表明:7175铝合金热力学平衡相由Al Cr Mg Mn相、Mg2Si相、Al6Mn相、Al2Cu Mg相、Mg Zn2相和Al Cu Mg Zn相组成,实际状态下还含有少量的杂质相Al7Cu2Fe相。7175铝合金型材在挤压、固溶后组织主要为纤维状晶粒组织,没有明显的再结晶,在475℃下保温2.5 h后小尺寸的第二相基本回溶,大尺寸的未溶相为Al7Cu2Fe相和Mg2Si相,沿晶界呈链状破碎分布。弥散相Al Cr Mg Mn相在固溶和时效过程中一直存在,时效态晶内沉淀相为弥散分布的圆球状η′相和少量板状η相。晶界析出相MgZn2相断续分布,晶界无沉淀析出带(PFZ)宽度为35~45 nm。

重固溶再时效对2040铝合金组织和性能的影响

在制动产生的高温环境下,飞机轮毂用2040合金性能会逐渐衰减。本文提出一种重固溶再时效的热处理方法用以恢复合金的性能,实现合金的回收再使用。首先,采用热暴露(200℃/100 h)方式来模拟制动过程中轮毂服役的高温环境,使合金失效;其次,设置未进行热暴露处理的合金作为对照,将2组合金一同进行重固溶再时效处理(510℃/1.5 h+165℃/15 h);最后,通过金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、电化学和晶间腐蚀等测试方法探究合金组织与性能的变化。研究结果表明:重固溶再时效处理使晶粒略微增大,晶内粗大的强化相消失,Ω相数量增多且分布均匀,失效的合金力学性能(313 MPa)恢复至原始T6态(448 MPa);重固溶处理使部分金属间化合物粒子(Al2Cu相和Al2CuMg相)发生回溶,减少了其周围溶质贫乏的腐蚀敏感区域;无沉淀析出带(PFZ)宽度变窄,减少了腐蚀裂纹扩展的通道。飞机轮毂用2040合金因受热失效后,重固溶再时效处理能够有效恢复合金的力学性能,同时还增强了耐腐蚀能力。

铝合金无沉淀析出带的研究进展

综述了过去50年来铝合金中无沉淀析出带(PFZ)的研究,重点论述了PFZ的主要形成机理、影响因素及其对合金性能(主要为力学性能和耐腐蚀性能)的影响,系统介绍了PFZ在形成机理及对合金性能上所持的不同观点及其相关理论。最后,提出了对铝合金中PFZ方面存在的难点以及重点研究方向。

7136超高强铝合金时效工艺研究

本试验利用工业化固溶处理的7136铝合金挤压材,开展单级、双级和三级时效工艺研究。结果表明,不同的时效处理,材料的性能差异明显,单级时效处理强度最高,电导率较低,耐蚀性差;双级时效处理可在略微降低强度的前提下,电导率得到较大提升;三级时效(回归再时效)处理工艺复杂,实现合金强度、电导率和断裂韧性的良好匹配。7136铝合金挤压材最高抗拉强度达到700 MPa、伸长率为12%;回归再时效处理综合性能最好,可达到抗拉强度655 MPa,电导率21.9 MS/m,断裂韧性34.8 MPa·m^(1/2)。

2519铝合金薄板在不同时效状态的抗晶间腐蚀能力

研究了2519铝合金薄板经165℃不同时效状态的晶间腐蚀情况,分析了产生不同腐蚀情况的组织原因。研究结果表明:欠时效状态有明显的晶间腐蚀;而峰值时效或过时效状态无晶间腐蚀敏感性,且样品的峰值时效状态晶间腐蚀比过时效状态严重;欠时效状态下,晶界上具有较宽的无沉淀带,且析出粗大的沉淀相;而峰值时效和过时效状态下无沉淀带很窄,晶界上有较细小且离散均匀分布的第2相粒子;晶间腐蚀是作为阳极的贫铜区发生腐蚀形成溶解通道所致;贫铜区越宽,晶间腐蚀越严重,且其中大的脱溶相也降低了晶界的耐蚀能力。

时效过程对2519铝合金抗晶间腐蚀性能的影响

用显微硬度计、光学金相显微镜、透射电镜等手段研究了2519铝合金在180℃下的时效特性及不同时效状态对合金的抗晶间腐蚀能力的影响。结果表明,2519铝合金在180℃时效时具有三阶段时效特性,达到峰值时效时间为12h。欠时效状态下合金有明显的晶间腐蚀,而峰值时效和过时效状态下晶间腐蚀不敏感。欠时效状态下,晶界析出相呈连续链状分布,晶界上无沉淀带较宽;而在峰值时效和过时效状态下,晶界析出相呈离散分布,无沉淀带较窄,晶间腐蚀是作为阳极的贫铜区发生腐蚀形成溶解通道所致。

Mg-Gd-Y-Zr合金的高温时效行为研究

通过金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射等手段分析了金属型及砂型铸造Mg-Gd-Y-Zr合金高温下的时效析出行为。结果表明,经高温时效处理后,合金主要由Gd+Y在Mg中的过饱和固溶体、方块相、少量球状的Zr核及β相组成;高温时效处理几乎不影响合金的晶粒尺寸,随着时效温度的提高及高温时效时间的延长,合金的硬度逐渐降低;在晶内析出了呈三角取向或单一平行取向分布的β相,晶界上出现无沉淀析出带;成形条件并不影响高温时效析出相的分布和趋向。

淬火介质对7055铝合金晶界析出行为的影响

采用透射电镜研究了淬火介质对7055铝合金晶界析出相及无沉淀析出带的影响。结果表明,空气淬火时,合金冷却过程在晶界上析出η平衡相。合金经室温水淬及沸水淬火合金时效后,晶界析出相尺寸差别小,呈链状连续分布;晶界无沉淀,析出带较窄,平均宽度分别约为33nm和43nm。空气淬火合金时效后晶界析出相尺寸差别较大,呈不连续分布;晶界无沉淀,析出带很宽,约102nm。对其原因进行了分析和讨论。

7085-T651铝合金特厚板组织性能的不均匀性

采用拉伸实验、剥落腐蚀实验、显微组织、化学成分、扫描电镜以及透射电镜和差示扫描量热法分析等手段,研究7085-T651铝合金特厚板组织性能的不均匀性。结果表明:110 mm厚7085-T651特厚板不同厚度层显微组织、力学性能和剥落腐蚀性能存在明显的不均匀性;1/4厚度层抗拉强度最低,为540 MPa,抗剥落腐蚀性能最差,腐蚀等级为EB级;心层抗拉强度最高,为580 MPa;表层抗剥落腐蚀性能最好,腐蚀等级为EA级;1/4层再结晶分数最多,约为47.7%,尺寸较大,约为105μm,晶界及晶内均有平衡相析出,时效析出相尺寸较小,因而力学性能及抗剥落腐蚀性能均最差;中心层再结晶分数最少,约为14.8%,存在大量亚晶,残余的Al7Cu2Fe相最多,约为1.43%,晶界平衡相尺寸、时效析出相尺寸及PFZ宽度均较大,因而力学性能较好而抗剥落腐蚀性能较差。

应力时效对2E12铝合金的力学性能和微观组织的影响

采用力学性能试验机、透射电子显微镜(TEM)、应力时效炉等手段研究时效拉应力对2E12铝合金的力学性能和微观组织的影响,并分析应力对2E12铝合金的作用机理。结果表明:外加应力能提高2E12铝合金的强度,增大合金各向异性的差异;外加应力能促进S相的析出,并产生明显的应力位向效应;应力时效能使2E12铝合金的无沉淀析出带变窄,阻止晶界沉淀相的连续析出;应力时效为控制高强铝合金的各向异性提供了一种新方法。

Mg与Ag含量对Al-Cu-Mg-Ag新型耐热铝合金晶间腐蚀性能的影响

采用晶间腐蚀性能测试研究Mg与Ag含量对Al-Cu-Mg-Ag合金抗腐蚀性能的影响,结合透射电子显微分析技术与电化学分析技术等探讨了不同成分合金的晶间腐蚀机理。结果表明:增加Mg与Ag含量能够提高合金的时效硬化速率。随Mg含量的增加,强化相Ω相尺寸逐渐减小,体积分数逐渐增大,晶界析出相增多,无沉淀析出带(PFZ)中溶质原子减少,PFZ与基体的电位差增大,合金的抗晶间腐蚀能力逐渐降低。随Ag含量的增加,合金中的强化相由大量的θ′相和少量的Ω相,逐渐转变为大量的Ω相和少量的θ′相。Ag含量的改变对PFZ的电位差影响不大,合金的耐蚀性主要取决于PFZ的宽度。增加Ag含量能够细化晶界析出相,减小PFZ宽度,腐蚀通道变窄,合金的抗晶间腐蚀性能得到提高。

冷轧变形量对Al-Cu-Mg-Ag新型耐热铝合金抗腐蚀性能的影响

采用晶间腐蚀和剥落腐蚀性能测试研究冷轧变形量（50%~90%）对Al-Cu-Mg-Ag耐热铝合金抗腐蚀性能的影响,结合金相显微分析和透射电子显微分析对其机理进行探讨。结果表明：增大冷轧变形量能够细化合金的再结晶晶粒,减小无沉淀析出带的宽度及其与基体的电位差。合金的抗晶间腐蚀性能主要由合金的晶界结构决定。增大冷轧变形量能够提高合金的抗晶间腐蚀性能。合金的抗剥落腐蚀性能由晶界结构和晶粒形貌决定。随着冷轧变形量的增大,合金的剥落腐蚀速率先增大后减小;冷轧变形量为50%的试样抗剥落腐蚀性能最佳。

二次时效对2519A铝合金组织与性能的影响

通过正交试验获得2519A铝合金优化的二次时效工艺,并通过硬度测试、拉伸测试、极化曲线分析、晶间腐蚀试验和透射电镜观察等方法对比不同时效状态样品的力学性能和耐蚀性能。结果表明:与等温时效相比,二次时效能提高2519A铝合金的屈服强度,同时改善合金的耐蚀性能,这是因为二次时效后晶内形成了细小弥散的θ″相,同时晶内的普遍脱溶使晶内基体与晶界无沉淀析出带(PFZ)的电位差减小。

淬火转移时间对7055铝合金抗晶间腐蚀能力的影响

采用光学显微镜和透射电镜等分析技术研究了淬火转移时间对含Zr和无Zr的7055铝合金晶间腐蚀抗力的影响。结果表明,随着淬火转移时间的延长,合金的晶间腐蚀深度增加,合金的晶间腐蚀抗力降低。含Zr合金较无Zr合金具有更好的抗晶间腐蚀能力。据组织观察认为淬火转移时间延长致使晶界无沉淀析出带宽化是合金晶间腐蚀抗力下降的主要原因,Zr的添加阻碍再结晶从而提高合金的抗晶间腐蚀能力。

淬火速率对汽车用新型高强韧铝合金晶间腐蚀的影响

采用晶间腐蚀实验结合扫描和透射电镜分析,研究淬火速率对汽车用新型高强韧铝合金晶间腐蚀的影响。结果表明:淬火速率从960℃/s降低至1.8℃/s,晶界淬火析出相的长度及无沉淀析出带PFZ宽度分别从24.3 nm和23.7 nm增加至94.5 nm和97.8 nm,晶间腐蚀等级从3级增加至4级,最大腐蚀深度和平均腐蚀深度从71.6μm和60.3μm分别增加至174.2μm和157.9μm。随着淬火速率的减小,晶界析出相的粒径增加,晶界析出相的相间距增加,晶界PFZ宽度也相应增大,晶界析出相的Zn含量增加最快,Mg含量的增加次之,Cu含量的增加最慢,从而导致晶间腐蚀深度增加。

热处理对7003铝合金GTAW焊缝组织与性能的影响

对7003铝合金实施钨极氩弧焊(GTAW),并分别进行焊后AA和T6热处理。利用拉伸机、硬度仪和透射电子显微镜(TEM)研究热处理对焊缝抗拉强度、显微硬度和析出相的影响。结果表明,与AA热处理相比,T6热处理可有效促进焊缝中Zn和Mg元素由高浓度区域向低浓度区域扩散,且扩散较均匀,可起到较好的析出强化作用,从而有效提升母材和焊缝区硬度,减小母材和焊缝区之间的硬度差异,分别使焊缝区和母材硬度提升41%和24%。经T6热处理的焊缝出现30nm宽的无沉淀析出带,且基底分布着细小的η′相析出物,阻碍位错滑移,焊缝抗拉强度较大,达到348 MPa。

5052铝合金板析出相表征

铝合金在轧制变形过程中第二相的析出直接影响其力学性能。使用TEM观察了不同热轧工艺下5052铝合金的析出相特征。结果表明,经过不同轧制工艺以及退火处理的两种板材,其析出相的分布以及形貌具有明显的不同。发现伸长率较小的样品中存在较大颗粒的FeAl_(3)、金属氧化物Al_(2)O_(3)等;较大颗粒的(CrFeMn)Al混合相以在凝固过程析出的FeAl_(3)为形核质点,在热轧过程通过合金元素的富集而长大;热轧动态再结晶过程因Mg溶质贫化而导致形成晶界无沉淀析出带,其形貌特征在冷轧后退火过程遗传下来。

热暴露对2B25-T3511铝合金力学性能及显微组织的影响

通过拉伸性能测试和透射电镜(TEM)观察等手段,研究热暴露温度和时间对2B25-T3511铝合金组织和热稳定性的影响。结果表明,当热暴露温度为125℃时,合金的室温抗拉强度变化不大,屈服强度升高,伸长率略有降低。合金的力学性能可以在较长时间内保持稳定,处于欠时效状态。当热暴露温度达到150℃以上时,合金长期处于峰时效的状态,但伸长率降低到11%左右。在175℃下合金经100 h即可达到峰时效状态,屈服强度约427 N/mm2、抗拉强度477 N/mm2,但是随着时间延长合金的性能变化较为缓慢。在200℃条件下进行热暴露时,随着时间的延长,合金的强度持续下降,性能急剧下降。透射电镜分析表明,2B25-T3511铝合金在稳定化处理的过程中均发生S'/S相的析出和粗化。合金强度的降低和伸长率的降低的原因是S'/S相的粗化和晶界无沉淀析出带的宽化。

Al-Cu-Mg-Ag新型耐热铝合金的抗腐蚀性能

通过晶间腐蚀、剥落腐蚀、电化学和透射电镜等方法研究热处理制度对Al-Cu-Mg-Ag耐热铝合金组织与抗腐蚀性能的影响。结果表明:随着时效时间的延长,合金晶内和晶界析出相逐渐长大,晶界析出相由连续分布转变为不连续分布,无沉淀析出带(PFZ)逐渐变宽,合金的抗晶界腐蚀性能和抗剥落腐蚀性能逐渐降低。基体腐蚀电位φmatrix、PFZ腐蚀电位φPFZ和晶界析出相腐蚀电位φθ在晶间腐蚀液和剥落腐蚀液中符合φmatrix>φθ>φPFZ。具有最低腐蚀电位的PFZ决定了合金的抗腐蚀性能。随着时效时间的延长,晶界析出相的粗化使得PFZ变宽,Cu原子减少,电位负移,PFZ与基体的电位差变大,腐蚀通道变宽,合金的耐蚀性降低。不同时效状态的Al-Cu-Mg-Ag耐热铝合金的抗腐蚀能力由强至弱的顺序为:欠时效的,峰时效的,过时效的。

Al-Zn-Mg-Cu合金的局部腐蚀行为与Zn、Mg含量的关系

研究了峰值时效状态下,不同Zn、Mg含量(质量分数)对高Cu含量(2.0%~2.5%)的Al-Zn-Mg-Cu合金耐局部腐蚀能力的影响,利用透射电镜和扫描电镜表征了合金局部腐蚀行为与其微观结构之间的关系。结果表明:对Mg含量不同的两组目标合金,Zn含量降低,合金的耐局部腐蚀能力变差;对应比较Mg含量不同的两组合金,初始阶段低Mg组合金的耐晶间腐蚀能力较差,但深度发展阶段低Mg组合金的耐晶间腐蚀能力较好;前期阶段高Mg组合金的耐剥蚀能力较好,但后期深度腐蚀阶段,高Mg组合金的耐剥蚀能力变得较差。