固溶升温速率对7020铝合金显微组织和力学性能影响

为观察不同固溶升温速率对7020铝合金微观组组织和力学性能的影响,主要是通过DTA、光学显微镜、拉伸试验等检测手段对其进行详细分析。结果表明,不同固溶升温速率对7020铝合金晶粒度影响较小,但当以250℃/h升温速率固溶时,基体内除颗粒状相外还存在少量线条状相,且经时效处理后合金力学性能最低;当以100℃/h升温速率固溶和140℃×16 h时效后,T6态抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为327.2 MPa、204.2 MPa和19.4%,且不同取向强度绝对值最低。

7020铝合金水下搅拌摩擦焊接头组织和力学性能

采用水下搅拌摩擦焊技术对厚度为5 mm的7020铝合金板材进行焊接,对接头的微观组织和力学性能进行了研究。结果表明:焊核区通过动态再结晶形成了细小的等轴晶,大部分沉淀相固溶到铝基体中。与常规的空冷接头相比,水冷接头焊核区微观组织更加细小,热机影响区沉淀相较多,热影响区的沉淀相细小,其软化区变窄。水冷接头的抗拉强度为(418.5±7.4)MPa,达到母材的90%,与空冷接头相比有较大的提高。

7020铝合金MIG焊焊接接头的组织与性能

采用显微硬度及拉伸力学性能测试、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、微区X射线衍射(Micro XRD)研究经ER5356焊丝金属极惰性气体保护焊(Metal inert gas,MIG)的7020铝合金厚板焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明:7020铝合金MIG焊焊接接头的抗拉强度为268 MPa,屈服强度为231 MPa,伸长率为4.5%,焊接系数约为0.7;焊接接头的焊缝区为树枝状铸造组织;熔合区靠近焊缝一侧为柱状晶,靠近热影响区一侧为细小的等轴晶组织;热影响区为发生了部分再结晶的纤维组织;基材为明显的纤维组织。焊缝区的铸态组织导致其成为焊接接头最薄弱的位置,η′(MgZn2)相粗化导致热影响区内离焊缝中心约30 mm的位置形成硬度较低的软化区。

7020铝合金列车车钩梁开裂原因与机理

用直读光谱仪、万能材料试验机、光学显微镜、扫描电子显微镜等分析手段,分析高速列车7020铝合金车钩梁多处开裂现象及其原因。结果表明,开裂的7020铝合金车钩梁材料质量正常,服役后的车钩梁基体表面存在腐蚀坑,腐蚀坑中存在Cl-离子,主裂纹位于焊接热影响区和母材交界处,裂纹沿晶扩展。实验室采用和车钩梁相似的环境和受力状况进行模拟试验,高强度合金双悬臂梁试样的应力腐蚀开裂(SCC)裂纹形貌特征和车钩梁裂纹吻合良好,表明车钩梁开裂原因为SCC,并讨论了铝合金的SCC机理。

预时效工艺对7020铝合金显微组织和应力腐蚀性能的影响

7020铝合金经470℃固溶1 h后分别进行自然时效0 h、168 h以及65℃预时效72 h、168 h,再进行(90℃,8 h)+(160℃,14 h)双级时效。采用室温拉伸、慢应变速率拉伸(SSRT)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)研究预时效工艺对7020铝合金的常温拉伸性能、抗应力腐蚀性能与显微组织的影响。结果表明:经65℃、168 h预时效处理后,合金具有最高的抗拉强度Rm=397.4 MPa和最好的抗应力腐蚀性能ISSRT=-0.003;65℃、72 h预时处理效和自然时效168 h后合金的抗拉强度和抗应力腐蚀性能相当,Rm、ISSRT分别为387.6 MPa、0.034和392.0 MPa、0.036;而直接双级时效合金的抗拉强度和抗应力腐蚀性能最差,Rm、ISSRT为368.9 MPa、0.038。晶内析出相η′(MgZn_2)的尺寸随预时效时间的延长而减小,晶界析出相η(MgZn_2)的断续分布程度随预时效时间延长而增大。

预时效对7020铝合金组织与性能的影响

采用维氏硬度(HV)、电导率测试(EC)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、室温拉伸、冲击韧性实验研究预时效对7020铝合金组织与性能的影响。研究结果表明:合金经470℃固溶1 h后进行65℃预时效处理,与直接双级时效对比,合金的拉伸性能随预时效时间的延长而逐渐上升;65℃/168 h+90℃/8 h+160℃/26 h的抗拉强度为355.9 MPa,屈服强度为290.5 MPa,伸长率为16.3%,维氏硬度为120.9,电导率为22.4 MS/m;直接双级时效时,抗拉强度为320.4 MPa,屈服强度为256.7 MPa,伸长率为17.6%;维氏硬度为103.5,电导率为21.9 MS/m;合金经470℃固溶1 h后进行65℃预时效处理时,沿挤压方向和垂直挤压方向冲击吸收功分别为52.1 J和45.9 J;直接双级时效时,沿挤压方向和垂直挤压方向冲击吸收功分别为43.5 J和38.8 J;时效析出相随预时效时间的延长在晶内、晶界越来越细小弥散,晶界析出相断续分布。

7020铝合金热处理工艺研究

通过对7020铝合金锻件固溶处理和时效工艺试验和分析,研究了7020铝合金锻件固溶处理及双级时效处理对其组织及性能的影响。

7020铝合金搅拌摩擦焊与MIG焊接对比试验

采用搅拌摩擦焊(FSW)和MIG焊对高速客车车体材料7020铝合金板进行焊接,分别测试焊接接头的拉伸和冲击性能,观察焊接接头的金相组织,并进行接头的硬度分布测试。结果表明,搅拌摩擦焊接头抗拉强度高达309 MPa,是母材的78%,与MIG焊接头相当。焊接接头软化状况比MIG焊程度弱。焊接接头各区组织的不均匀性造成了接头硬度分布不均匀和冲击韧性差异,焊核区为等轴晶粒是该区韧性比MIG焊焊缝高一倍的重要原因。

7020铝合金应用于轨道车辆的焊接工艺研究

为了研究7020铝合金在轨道车辆行业应用的可行性,针对该合金的特点制订了18 mm厚度的7020-T6铝合金的对接焊接工艺。在焊接试验过程中分别尝试采用了6系铝合金焊接常用的三元气(70%Ar+30%He+0.015%N2)和新应用的二元气(70%Ar+30%He)作为焊接保护气体,焊后进行了外观检测、渗透检测和X射线检测及理化检测。试验及检测结果表明,6系铝合金的焊接工艺基本适用于7020铝合金的焊接;采用三元气和二元气作为保护气体焊接的接头抗拉强度相当,分别达到282.5和280 MPa,明显高于20 mm厚6082铝合金焊接接头对应的261和237.5 MPa的抗拉水平,且弯曲性能均能达到标准要求,证明了7020铝合金在轨道车辆车体焊接中具有应用的可行性。

7020铝合金应力腐蚀开裂特征

采用断裂力学双悬臂梁(DCB)试样,对高强度7020铝合金的应力腐蚀开裂(SCC)特征进行了研究。结果表明,7020铝合金在含Cl-的水溶液中对SCC敏感,板料的Z-X和Z-Y方向有SCC裂纹萌生,裂纹开始萌生的时间较长,扩展速度较慢;温度升高后,裂纹扩展速度明显加快。SCC裂纹的特征为水平扩展,表面有呈台阶式不连续扩展和群集现象,开裂面为沿晶扩展。

7020铝合金在Cl^(-)环境下的应力腐蚀与局部腐蚀性能及其相关性分析

为进一步加深对铝合金在Cl-环境下腐蚀行为的认识,通过浸泡试验、金相分析、极化曲线测试、慢应变速率拉伸测试、扫描电镜、透射电镜观察等,研究腐蚀环境对7020铝合金的局部腐蚀和应力腐蚀开裂(SCC)行为的影响,并对二者的相关性进行分析。结果表明:7020铝合金在50℃下的3.5%NaCl溶液中浸泡24 h,合金局部腐蚀敏感性很小;在3.5%NaCl+0.5%H2O2溶液中浸泡24 h,合金局部腐蚀敏感性增大。在50℃条件下,与3.5%NaCl溶液比较,合金在3.5%NaCl+0.5%H2O2溶液中的应力腐蚀敏感性较小。由于外部环境差异,7020铝合金在Cl-浓度不变情况下,其局部腐蚀与应力腐蚀并没有特定相关性。

7020铝合金搅拌摩擦焊试验研究

采用搅拌摩擦焊方法对高速客车车体用材料7020铝合金板进行焊接,观察了焊接接头的金相组织,测试了焊接接头的拉伸性能、冲击性能及硬度分布。结果表明,采用搅拌头旋转速度1200r/min、焊接速度150mm/min时,抗拉强度高达309 MPa,是母材的78%;焊接接头软化状况比MIG焊接的接头软化程度弱。焊接接头各区组织的不均匀性造成了接头硬度分布不均匀和冲击韧性差异,焊核区为等轴晶粒是其为各区韧性最高的重要原因。

7020铝合金搅拌摩擦焊接接头微观组织和力学性能

通过显微硬度测试、室温拉伸性能测试、金相观察、扫描观察和高角环形暗场透射电镜观察等手段研究7020合金搅拌摩擦焊接焊缝的微观组织和力学性能。结果表明:合金焊缝处硬度呈W型分布,热机械影响区/热影响区(TMAZ/HAZ)硬度最低。焊接接头的抗拉强度为352 MPa,屈服强度为223 MPa,伸长率为9.8%,焊接系数达86.9%。合金经90℃/8 h+135℃/16 h双级时效处理并焊接后,焊缝处的晶粒组织差异明显,各区域GP区和η'相发生溶解,并重新析出更加细小均匀的GP?区,其尺寸和密度均小于原始基材。

难溶结晶相对7020铝合金型材疲劳行为的影响

采用疲劳强度及裂纹扩展测试、扫描电镜和电子背散射衍射等方法研究难溶结晶相分布特征对7020铝合金型材疲劳行为的影响。结果表明:合金中直径小于2μm的难溶结晶相占比较大,且数量较多;当直径大于4μm的难溶结晶相较少时,疲劳强度可达113.3 MPa,比含较多大尺寸难溶结晶相的合金疲劳强度高16.4%。当应力强度因子ΔK=10 MPa·m1/2时,含较多大尺寸难溶结晶相比含密集且细小的合金裂纹扩展速率快21.0%。直径在3~17μm的粗大难溶结晶相在疲劳循环中因自身开裂或与基体界面脱粘而易形成裂纹源,其中直径在3~7μm之间的难溶结晶相加速疲劳裂纹扩展的频率最高。尺寸细小的难溶结晶相能均匀分散应力,增加裂纹断面粗糙度,提高合金疲劳性能。难溶结晶相也能影响合金再结晶程度和晶界特征,再结晶分数和大角度晶界降低时可以提高疲劳裂纹扩展抗力。

时效状态对7020铝合金疲劳性能的影响

研究不同时效状态下7020铝合金的疲劳强度及疲劳裂纹扩展性能,并分别利用透射电镜和扫描电镜对合金的显微组织及疲劳断口进行观察分析。研究结果表明:欠时效、峰时效和过时效3种时效态合金在循环数为107次时的条件疲劳极限分别为131,114和127 MPa;欠时效合金具有最低的疲劳裂纹扩展速率,峰时效合金的疲劳裂纹扩展速率最高;随着时效程度加大,过时效合金的疲劳裂纹扩展性能有所改善;欠时效合金中可切过的GP区增加位错滑移的可逆性并促进裂纹的偏折,而峰时效合金中主要为η'相,不可切过的η'相以及较大的晶内和晶界无析出带(PFZ)之间的强度差导致疲劳裂纹容易萌生和扩展;过时效合金晶内晶界强度差减小以及相关的裂纹闭合机制使其疲劳性能得到改善。

微量元素Ge对7020铝合金板材应力腐蚀断裂敏感性的影响

采用慢应变速率拉伸(SSRT)试验、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等手段研究了微量元素Ge对7020铝合金板材应力腐蚀断裂敏感性的影响。通过比较不含Ge和含Ge板材中晶内η′强化相尺寸与体积分数的差异分析了合金强度下降的原因;通过比较不含Ge和含Ge板材中晶粒组织和晶界η相的尺寸、间距及化学成分的差异分析了合金应力腐蚀断裂敏感性下降的原因。结果表明:加入Ge元素后,板材SSRT的抗拉强度更低,在NaCl溶液中的强度和伸长率较空气中的下降率也更低,应力腐蚀指数由0.059减小至0.017,应力腐蚀断裂敏感性明显降低。

晶界特征对7020铝合金腐蚀行为的影响

研究了不同晶粒组织的7020铝合金挤压型材表层和中心层的腐蚀性能变化规律。利用透射电子显微镜分析了不同晶界的析出特征,并根据相邻晶粒的选区电子衍射花样计算了晶界取向差,建立了晶界取向差与晶界析出特征之间的定量关系。结果表明:大角度晶界上的析出相尺寸、间距以及无沉淀析出带(PFZ)宽度均大于小角度晶界上的。小角度晶界上的析出相尺寸和PFZ宽度随晶界取向差增加而增加。含较高小角度晶界比例的中心层试样比表层试样的局部腐蚀抗性更好,由表层至中心层,小角度晶界比例增加了30.04%,晶间腐蚀最大深度从22.67μm降至2.80μm,剥落腐蚀最大深度从436.52μm降至353.01μm。

7020铝合金挤压型材生产工艺研究

对7020铝合金型材生产工艺进行了试验研究,确定了7020铝合金铸棒的均匀化处理制度;型材的挤压工艺参数;该合金型材淬火后停放时间为96 h之内;峰值时效制度为145℃16 h,双级时效制度为90℃8 h和130℃16 h。所生产的型材抗拉强度和屈服强度可分别达到436 N/mm2、394 N/mm2以上,其性能指标满足了用户的要求。

冷却速率对7020铝合金显微组织和应力腐蚀断裂敏感性的影响

采用慢应变速率试验、金相显微镜、扫描电镜、扫描透射电镜等手段研究350℃冷却至100℃时的冷却速率从1720℃/min减小至30℃/min对7020铝合金显微组织和应力腐蚀断裂敏感性的影响。结果表明:NaCl溶液中拉伸的强度和伸长率较空气中的都更低,抗拉强度下降率随冷却速率减小而增加,但伸长率下降率先减小再增加。冷却速率减小,应力腐蚀指数ISSRT增加,合金的应力腐蚀断裂敏感性升高。通过冷却速率减小时晶界第二相尺寸、间距、化学成分及无沉淀析出带宽度和成分的变化来分析和探讨应力腐蚀断裂敏感性增加的原因。

7020铝合金焊接性研究

采用熔化极气体保护电弧焊工艺和5183焊丝对尺寸为500 mm×300 mm×20 mm的T6态7020铝合金板进行了焊接。随后测定了焊接接头的力学性能,研究7020合金的焊接性。结果表明:焊缝的抗拉强度、屈服强度、冲击韧度和断裂韧度均低于母材,7020铝合金的焊接性较差。