3种表面处理对2E12-T3铝合金晶间腐蚀和剥离腐蚀行为的影响

为了有效控制2E12新型铝合金的晶间腐蚀和剥离腐蚀破坏,对2E12-T3铝合金表面分别进行了包铝、阳极氧化和微弧氧化处理,利用浸泡腐蚀试验、金相显微镜、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等研究了表面处理对2E12-T3铝合金晶间腐蚀和剥离腐蚀行为的影响规律,探讨了作用机理。结果表明:2E12-T3铝合金对晶间腐蚀和剥离腐蚀十分敏感,表面包铝、阳极氧化和微弧氧化均能显著提高2E12-T3铝合金的抗晶间腐蚀和抗剥离腐蚀性能,其中微弧氧化处理提高抗晶间腐蚀性能的效果最好,表面包铝提高抗剥离腐蚀性能的效果最好。

喷丸强化与应力因素对2E12-T3铝合金剥蚀行为的影响

采用浸泡腐蚀实验、金相分析、扫描电镜和X射线衍射分析等技术研究了喷丸强化和应力因素对2E12-T3铝合金剥蚀行为的影响规律,探讨了作用机理。结果表明,2E12-T3铝合金具有很高的剥蚀敏感性,拉应力会明显增强其剥蚀敏感程度,而压应力则会降低其剥蚀敏感性。采用合理的喷丸强化工艺(喷丸强度取0.15 mmN,覆盖率取100%)能够明显降低2E12-T3铝合金的剥蚀敏感性,有效抑制表面鼓泡和分层现象,归因于喷丸引入了表面残余压应力,同时使表层晶粒细化,晶粒的长宽比降低。过高强度或过大覆盖率的喷丸处理,会使铝合金表面产生较严重的损伤性,降低对2E12-T3铝合金的抗剥蚀性能的改善效果。

模拟沿海大气环境腐蚀对2A12-T4铝合金板件疲劳行为的影响

对航空材料服役的大气环境开展实验室加速模拟试验以获得其长期腐蚀行为和寿命退化情况是相关材料和装备设计、制造、维修以及寿命评定和寿命控制的重要内容和基础。通过开展针对2A12-T4铝合金板件的模拟铝合金沿海大气腐蚀的实验室加速腐蚀试验,模拟研究从初期点蚀到后期剥蚀的整个沿海大气腐蚀过程中,腐蚀对铝合金板件疲劳特性的影响;基于疲劳寿命退化相当的原则,建立2A12-T4铝合金板件加速腐蚀与大气腐蚀之间的加速等效关系。结果表明:2A12-T4铝合金实验室加速预腐蚀后疲劳寿命退化规律与大气预腐蚀疲劳寿命退化规律一致,均呈现为“快速下降期”+“平台期”的特征。

2A12-T352铝合金挤压棒材裂纹产生的原因分析

用户在对φ170mm2A12-T352铝合金棒材进行机加工过程中,棒材表面沿纵向出现裂纹。通过对裂纹处进行宏观组织、微观组织、能谱断口形貌以及化学成分分析得知:裂纹是由于棒材在淬火时从高温急剧冷却,内部产生较大的淬火应力,棒材表层存在晶粒尺寸异常粗大的粗晶区,拉伸应力超过表层粗晶区的抗拉强度后产生开裂,该裂纹为淬火裂纹。

2E12铝合金在冷轧和退火过程中织构和显微组织的演变

采用取向分布函数(ODF)和背散射电子衍射技术(EBSD)研究冷轧和退火对2E12铝合金织构的影响,并采用透射电镜(TEM)分析亚结构在冷轧与退火过程的演变规律。结果表明:2E12合金热轧板在冷变形过程中,随着冷轧变形量从40%增加到80%,黄铜织构(Brass){011}?211?和S型织构{123}?634?逐渐增多,立方织构(Cube){001}?100?明显减少。在退火过程中残留的立方取向亚晶通过晶界迁移吞噬周围的S取向亚晶而优先长大。在470℃退火0.5h后,立方织构(Cube){001}?100?成为主要取向,其体积分数为36%。在相同的退火工艺条件下,随着冷变形量的增加,退火后2E12合金的立方织构体积分数增大。

2E12铝合金的高温塑性变形流变应力行为

通过在Gleeble-l500热模拟试验机上进行等温热压缩试验,研究2E12铝合金在变形温度为300～500℃和应变速率为0.0l～l0 s-1条件下的流变应力行为,计算、推导出用包含Arrhenius项的Zener-Hollomon参数描述2E12合金高温压缩流变行为的表达式,并分析形变热、变形温度和应变速率等参数对流变应力的影响规律。结果表明:应变速率和变形温度对2E12合金的流变应力影响显著,流变应力随着温度的升高而降低,随着应变速率的提高而增大;在ε≥1 s-1时,形变热导致流变应力降低,且幅度随着应变速率的增大而增大,随着变形温度的升高而降低。

热处理对2E12铝合金耐腐蚀性及力学性能的影响

采用透射电镜、剥蚀试验、电化学阻抗测试、拉伸试验等方法,对不同热处理态2E12铝合金的抗剥蚀性能及力学性能进行了研究,分析了热处理后的2E12合金剥落腐蚀机制及动力学过程。结果表明,形变热处理可使2E12合金析出细小弥散的S′相,并提高其力学性能。合金剥蚀动力学过程基本包括点蚀诱导、点蚀快速发展、剥蚀形成以及剥蚀稳定发展4个阶段。T6态2E12合金腐蚀以"起泡"形式的晶间腐蚀扩展为主,而T8态2E12合金为典型的剥落腐蚀,但由于晶间腐蚀对力学性能的破坏较剥落腐蚀更为显著,故T8态的2E12铝合金腐蚀后其强度损失小于T6态合金。

腐蚀环境下2E12航空铝合金疲劳裂纹扩展行为研究

采用SEM,TEM及疲劳性能测试等分析测试手段,系统地研究了2E12铝合金在室温空气、潮湿气体及盐雾环境下的疲劳裂纹扩展速率。结果发现2E12合金具有良好的疲劳性能,疲劳裂纹扩展速率优于国外的2524铝合金。利用修正的Paris公式分析腐蚀介质对合金的疲劳裂纹扩展性能影响轻重程度依次为:室温空气<潮湿气体<盐雾环境。不同环境条件下合金的疲劳裂纹形貌均表现微观裂纹扩展的晶界小平面、宏观裂纹扩展的疲劳条纹以及剪切撕裂的微观结构。在腐蚀环境下,宏观裂纹扩展表现出更多的脆性裂纹扩展特征,氢脆导致塑性区脆化及腐蚀诱导的阳极溶解是导致裂纹扩展性能降低的原因。

固溶处理对2E12铝合金组织及疲劳断裂行为的影响

通过对2E12铝合金进行493℃/20 min和503℃/20 min固溶处理,研究固溶处理对2E12合金室温拉伸及疲劳性能的影响。采用X线衍射分析、扫描电镜和金相分析对合金组织及疲劳断口进行观察。研究结果表明:提高固溶处理温度对合金拉伸性能影响不大,但可明显减少合金中残留相(Al2Cu,Al2CuMg)的含量;经503℃/20 min处理后合金的拉伸强度较经493℃/20 min处理后合金的拉伸强度略有提高,但其疲劳寿命延长约20%;合金中残留相在疲劳过程中容易开裂形成微小二次裂纹,在主裂纹扩展过程中起到桥接作用,从而加速疲劳裂纹扩展,降低合金疲劳性能。

微观组织对2E12铝合金疲劳裂纹扩展的影响

研究室温大气环境下2E12铝合金微观组织与疲劳裂纹扩展行为之间的关系,并分别利用光学显微镜、透射电镜和扫描电镜对合金的微观组织及疲劳断口进行分析。结果表明:合金的疲劳裂纹扩展速率与合金中微米级第二相粒子的体积分数成正比,且随着亚微米级第二相粒子尺寸的增加及晶粒尺寸的减小,合金的疲劳裂纹扩展速率明显降低,尤其是在Pairs区及以后,其值降低30%;在低速扩展区,合金断口呈现脆性的准解理断裂特征,在中速扩展区,合金出现清晰的疲劳条纹。

2E12铝合金的疲劳性能与裂纹扩展行为

研究了2E12合金在不同应力水平下的疲劳性能及疲劳裂纹扩展速率,采用透射电镜和扫描电镜观察了该合金的微观组织和断口形貌特征。结果表明:高纯2E12合金具有良好的耐损伤疲劳性能,当应力比R=0.1时,疲劳强度σ=172 MPa,R=0.5时的疲劳强度σ=280 MPa,比R=0.1时提高了60%,缺口的存在降低了疲劳强度。R=0.1,ΔK=30 MPa.m1/2时,da/dN约为2.7×10-3mm/周,比国产2024合金裂纹扩展速率(6.5×10-3mm/周)低60%左右。2E12合金疲劳断口由裂纹源区、裂纹扩展区及瞬断区三部分组成,裂纹萌生一般位于试样表面应力集中处或不同类型的缺陷部位。

2E12铝合金均匀化过程微观组织演变规律

采用SEM,EPMA,TEM和硬度测试等技术,研究2E12铝合金铸锭在均匀化过程中的非平衡相溶解、元素分布特征以及第二相析出行为。研究结果表明:合金铸锭的晶界处连续分布着粗大的α+θ+S共晶组织。合金中的Cu和Mg元素存在明显的偏析,而Mn元素分布较为均匀。随着均匀化处理的进行,合金中的粗大共晶组织逐渐溶解,Cu,Mg和Si元素逐步溶入合金基体,而Fe和Mn元素则从合金基体中脱溶。在均匀化处理过程中,合金基体中析出大量T相粒子。伴随着T相的析出,合金的硬度逐渐升高,同时电导率也明显增加。当合金于490℃均匀化1 000 h后,晶界附近出现明显的PFZ。

电场对2E12铝合金中S相析出动力学的影响

采用示差扫描量热法(DSC),研究2E12铝合金在190℃时效过程中施加强电场(±9kV/cm)对合金析出的动力学的影响,并探讨电场影响合金时效过程的微观机理。结果表明:时效时施加强电场促进了合金中Ⅰ型S相向Ⅱ型S相的转变,使得析出峰提前;未施加电场的合金样品具有更高的过饱和度、析出焓、析出相体积分数及析出速率;强电场作用降低合金中空位与溶质原子之间的结合能,进而降低S相析出激活能。根据DSC结果对S相析出激活能进行Kissinger方法和普适积分法计算发现,时效过程中施加电场与未施加电场相比,S相激活能分别降低7.9～12.7kJ/mol和6.8～22.6kJ/mol。

热暴露对航空用2E12铝合金组织演变及疲劳性能的影响

利用维氏硬度检测、疲劳性能测试、视差量热法(DSC)、透射电子显微分析(TEM)等手段,研究了航空用T3态2E12铝合金在150℃下分别暴露10 h,100 h,1000 h组织演变及疲劳寿命变化规律。结果表明:随热暴露时间的增加,合金硬度不断增大,疲劳寿命呈先增后降趋势;T3态及热暴露10 h合金中析出相由GPB区结构组成,热暴露10 h合金中GPB区发生长大,因而具有最长疲劳寿命;热暴露100 h至1000 h后,合金中析出相为S″相及S′相,析出相在晶界处析出,晶界附近形成无沉淀析出带(PFZ);由于S″相及S′相共格性较GPB区低,加之晶界处析出相易形成裂纹源,PFZ与基体协调性差等因素,热暴露100 h和1000 h后,合金疲劳寿命急剧下降。

Zr对2E12铝合金显微组织和力学性能的影响

研究Zr元素对2E12铝合金T4态显微组织及力学性能的影响。结果表明:添加质量分数0.3%的Zr元素可以细化合金的铸态组织,使晶粒平均尺寸从42μm降低至30μm左右,并促使晶粒等轴化;锻造过程中Zr可以抑制合金的再结晶,防止晶粒长大,改善2E12-T4态的显微组织,提高合金的力学性能,其抗拉强度、屈服强度、伸长率和断面收缩率分别提高5.4%、11.3%、9.7%和12.6%;合金的强化机理主要包括晶粒细化、颗粒弥散强化及形变强化。

新型热机械处理对2E12铝合金显微组织与性能的影响

采用拉伸与疲劳试验、扫描电子显微分析与透射电子显微分析,研究不同热机械处理条件下2E12铝合金的拉伸力学性能、疲劳性能以及显微组织结构。结果表明:采用本热机械处理可以使2E12合金同时获得高强度与高塑性,在屈服强度达到453.1 MPa、抗拉强度高达546.9 MPa的同时,伸长率仍然保持在16.5%。当应力比R=0.1,加载频率f=10 Hz,应力强度因子ΔK=10 MPa·m-1/2时,热机械处理样品裂纹扩展速率约为6.74×10-5mm/cycle,优于T3状态下的8.35×10-5 mm/cycle。显微组织观测结果表明:采取本新型热机械处理后,合金中位错密度较高且相互缠结,形成胞状组织。新型热机械处理大幅改善合金综合性能的机制是高密度位错胞状组织、溶质原子团簇及空位复合体、GPB区等复合组织结构的协同作用。

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。

电场时效对2E12铝合金力学性能和微观组织的影响

研究时效时加高强电场对2E12铝合金的力学性能和微观组织的影响,采用力学性能测试及透射电镜检测材料的力学性能和微观组织,并分析电场对2E12铝合金的作用机理。结果表明:16 kV/cm电场时效使晶内S′相(Al2CuMg)粒子变得更加细小,电场也使T相(Al20Cu2Mn3)粒子变小,这略微降低了2E12铝合金的屈服强度;加电场时效时,合金晶界上析出相细小弥散使合金的塑性提高;电场一方面能够促进S′相的形核,另一方面也能抑制其长大和粗化;空位扩散时,电场影响了空位周边的势场,使空位倾向于朝电场强度的反方向运动。

2E12铝合金加速腐蚀环境谱下的疲劳裂纹扩展

采用疲劳试验、腐蚀实验、SEM及EDS等分析测试手段,研究2E12铝合金标准中心裂纹试件在加速腐蚀环境谱下的疲劳裂纹扩展,该谱的1个周期包括温湿、热冲击、室温疲劳和盐雾4个环境块。利用修正的Paris公式分析,发现试样在加速谱环境下合金的疲劳裂纹扩展较实验室环境明显加速。合金的疲劳裂纹扩展主要呈现腐蚀疲劳特征。讨论了加速谱对合金疲劳裂纹扩展的影响,其中盐雾、湿热环境下的氢脆导致塑性区脆化及腐蚀诱导的阳极溶解是导致裂纹扩展、性能降低的主要原因。

2E12铝合金铸锭过烧温度及高温塑性研究

采用扫描电子显微镜和DSC差示扫描量热分析法，对2E12铝合金铸锭的过烧温度进行了研究，确定了铸锭均匀化处理温度及该合金板材的固溶处理温度；对2E12铝合金铸态试样进行高温性能测试和高温压缩实验，得到了2E12铝合金高温力学性能图，为该合金的轧制工艺提供了依据。根据实验结果，得出该合金的过烧温度为507℃；在300～460℃这个温度区间内进行轧制，2E12铝合金塑性很好。