微量Sc和Zr对7A55合金铸锭组织的细化机理

采用光学显微镜和扫描电镜研究了微量Sc和Zr元素对7A55合金铸锭组织的细化作用及其细化机理。研究结果表明单独添加微量的Sc或Zr对7A55合金铸锭组织均有一定的细化作用,而复合添加0.10%Sc+0.20%Zr则对7A55合金铸锭组织产生强烈的晶粒细化作用。当Sc和Zr添加量分别达到0.30%和0.18%时,铸锭平均晶粒尺寸仅为10～15μm,Al3Sc/Al3Zr质点对7A55合金起了非均质晶核细化晶粒的作用。

时效制度对7A55合金微观组织与腐蚀性能的影响

采用透射电镜观察、剥落腐蚀实验以及慢应变速率拉伸实验研究时效处理制度对7A55合金预拉伸板材析出相特征、电导率和腐蚀性能的影响。结果表明:在T651峰时效态,7A55合金的晶内析出相主要为细小、弥散分布的GP区和η′相,晶界析出相呈连续分布,在T651状态合金虽然具有最高强度,但剥落腐蚀倾向严重,应力腐蚀敏感性最大;T7351时效态晶内析出相主要为短棒状的粗大η相,晶界析出物呈粗大、非连续分布,此时虽然耐腐蚀性能最好,但强度损失很大;T7651、T7451时效态晶内既存在与基体半共格的η′相,又存在与基体不共格的η相,晶界析出相比较粗大且析出相之间的间距增大,呈断续分布,因此,在T7651和T7451状态,合金强度损失不大,而耐蚀性得到明显改善。

7A55合金均匀化处理

采用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析、透射电镜和X射线衍射分析等研究了7A55合金铸态与均匀化显微组织演化与成分分布,确定了该合金的均匀化处理温度与过烧温度,研究了铸锭均匀化动力学过程,利用菲克定理导出了均匀化动力学方程,利用动力学方程对均匀化过程中合金元素的扩散、Al3Zr的析出、难熔相的聚集和球化现象进行了解释。根据实验及计算结果,得出合理均匀化处理工艺为470℃均匀化24 h。

基于热加工图的7A55合金热变形控制及微观组织演变

在Gleeble3500热模拟试验机上通过单道次热压缩实验,研究了7A55铝合金热变形过程中的高温流变行为,构建了热加工图。利用光学显微镜和透射电镜表征观测了变形后的微观组织演变规律。实验结果表明:7A55铝合金在热变形过程中具有动态软化趋势,应变速率敏感性高。随应变速率的增加,峰值应力和应变均提高;随变形温度的提高,峰值应力和应变均减小。在400~450℃温度区间,应变速率在0.01 s-1左右时,功率耗散效率均在35%以上,具有最优的热加工性。在较高的温度和较低的应变速率下易发生动态再结晶行为。较低温度和较高的应变速率缩短了变形时间,限制了位错的运动,抑制了动态回复和动态再结晶的进行。

7A55合金铸锭均匀化研究

通过硬度和电导率的测量以及金相与电镜分析,研究了7A55铝合金在铸态及不同均匀化条件下组织与性能的变化。结果表明,铸锭经400℃/8 h均匀化处理后,合金电导率急剧下降,硬度急剧上升;经400℃/8h+465℃/Xh均匀化处理后,随二级保温时间增加,合金的电导率先降低后趋于稳定,布氏硬度先升高后趋于稳定;在400℃/8 h+465℃/36 h时,低熔点共晶相回溶充分,晶界残留少量难溶的S相以及Al_(7)Cu_(2)Fe相。考虑到工业化生产实际,400℃/8 h+465℃/36 h为较适宜的7A55合金铸锭的均匀化制度。

双级固溶处理对7A55铝合金组织与力学性能的影响

采用光学显微镜、透射电子衍射和扫描电子衍射显微分析技术,结合力学性能检测和电导率测定的方法,研究双级固溶温度和时间对7A55铝合金板材力学性能的影响。结果表明:最佳双级固溶制度为450℃,90 min+485℃,40 min。采用该固溶制度经120℃,24 h时效后,板材的拉伸力学性能达到σb=648.4 MPa,σ0.2=629.6 MPa及δ=11.9%。第一级固溶制度是影响板材力学性能的主要因素,最佳固溶温度为450℃。在450℃进行第一级固溶后,样品发生了较强的回复,由于降低了再结晶驱动力,第二级高温固溶在获得较高的合金元素过饱和度的同时,仅发生较少的再结晶,从而在随后的时效过程中产生更高的析出强化效应。

固溶处理对7A55铝合金断裂韧性的影响

采用金相组织观察、拉伸实验、Kahn撕裂试验、扫描电镜、透射电镜等方法研究固溶处理对7A55铝合金断裂韧性的影响。研究结果表明:固溶温度对7A55铝合金断裂韧性影响显著,7A55铝合金在450～490℃时固溶,随着温度上升,可溶性粒子减少,断裂韧性增加,到480℃时断裂韧性达到最大值;当温度超过480℃时,由于晶粒的长大,断裂韧性又开始下降;7A55铝合金有很大的淬火敏感性,当以慢速淬火时,晶界非共格析出物尺寸粗大,对断裂韧性不利。

氧化时间对7A55铝合金微弧氧化膜的影响

采用恒流微弧氧化法在碱性硅酸盐-磷酸盐体系电解液中对7A55铝合金进行了微弧氧化处理,研究了氧化时间对微弧氧化膜表面形貌、厚度和相组成的影响。研究结果表明,在恒定的电参数(电流密度为6A/dm2,占空比均为30%,频率为1000Hz)条件下,随着氧化时间的延长,阳极电压逐渐增大,氧化膜表面微孔孔径逐渐增大,微孔数量逐渐减少,膜层厚度随氧化时间近似呈线性增加;膜层主要由γ-Al2O3相组成。

固溶降温处理对7A55铝合金组织和性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜及力学性能、电导率测试研究了固溶降温处理对7A55铝合金板材组织和性能的影响。结果表明:固溶降温处理可以改变7A55铝合金板材中晶内和晶界的析出状态,提高合金电导率。从480℃降至440℃以下保温30 min,或转炉降温时都会导致合金强度的大幅度下降。从480℃随炉冷至440℃保温30 min,7A55铝合金板材时效后晶界上的第二相呈不连续分布,合金强度降幅较小,电导率却有较大的升高,可获得较好的综合性能。

固溶处理对7A55铝合金的组织和力学性能的影响

通过组织观察(光学显微镜和扫描电镜)、力学性能检测、电导率测定,研究了单级固溶和双级固溶对7A55铝合金板材组织和力学性能的影响。结果表明:采用最佳单级固溶制度470℃/0.5h和120℃/24h时效处理,其力学性能σb,0σ.2和δ分别为635MPa,584MPa,和13.1%。与单级固溶处理制度相比,双级固溶处理在再结晶程度较小的情况下,能较大幅度的提高7A55铝合金板材的固溶度。采用双级固溶处理450℃/1.5h+485℃/40min,120℃/24h时效后的力学性能有较大提升,其σb,σ0.2和δ分别达648MPa,630MPa和11.2%,较单级固溶其σ0.2强度提高了7.8%。

固溶后降温预析出对7A55铝合金力学及腐蚀性能的影响

采用硬度测试、电导率测试及透射电镜研究固溶后降温预析出处理对7A55铝合金板材力学和腐蚀性能的影响。研究结果表明:随着预析出处理温度降低,基体析出相粗化且密度变小,导致合金时效后硬度和强度降低;晶界析出的平衡相由连续链状分布逐渐变为不连续分布,连续网状的腐蚀通道转变为断续的腐蚀点,7A55铝合金抗晶间腐蚀和剥落腐蚀性能提高。

轧制变形量对7A55铝合金淬火敏感性的影响

为了研究轧制变形量与淬火敏感性的关系,测量了变形量为70%,80%和90%的7A55铝合金轧制板材在不同淬火条件下的拉伸力学性能。结果表明,热处理T6态下合金的强度、延伸率随着淬火速率的增加而提高;合金的淬火敏感性随着轧制变形量的增加而增大;固溶发生再结晶的过程中,与基体共格的Al3Zr粒子被大角度晶界扫过转变为非共格粒子;在缓慢淬火过程中,粗大平衡相η(MgZn2)以非共格的Al3Zr粒子作为形核位置析出,显著减弱时效强化效果,造成淬火敏感性现象;再结晶程度随着轧制变形而增大,是导致淬火敏感性提高的主要原因。

固溶后预析出对7A55铝合金力学及腐蚀性能的影响

采用硬度测试、电导率测试及透射电镜观察,研究固溶后降温至440℃预析出处理时间对7A55铝合金板材力学和腐蚀性能的影响。结果表明:随预析出处理时间的延长,基体析出相逐渐增多且长大,导致合金时效后硬度和强度先提高而后降低;晶界析出相逐渐长大,晶界无沉淀析出带宽化,晶界相不连续性先提高而后降低,导致合金抗晶间腐蚀和剥落腐蚀性能也先升高而后降低。

固溶处理对7A55铝合金局部腐蚀性能的影响

采用电化学测试、浸泡实验、金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等实验手段研究固溶处理对7A55铝合金局部腐蚀性能的影响。结果表明:轧板中大量的第二相使轧板发生严重的腐蚀,整个表面被剥落下来。单级固溶的再结晶程度较低,亚晶组织细小,但合金残留第二相较多,耐蚀性能差。低温回复+高温固溶处理(450℃/1h+480℃/30min)可以将粗大第二相大部分溶解,且获得最少的再结晶分数和细小亚晶组织。实验结果表明,450℃/1h+480℃/30min固溶处理具有最佳的耐局部腐蚀性能。

7A55铝合金厚板的微观组织和性能不均匀性

采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、织构分析、硬度、电导率、拉伸测试等实验手段研究7A55铝合金厚板T6态微观组织与性能沿厚度方向的演变规律。研究结果表明:在板材的厚度方向上,板材的微观组织和硬度、电导率、强度、织构等存在不均匀性。从板材表层到心部,其再结晶分数依次降低,残余第2相体积分数、电导率和强度依次升高,表层硬度比心部的高,1/4层的硬度最高。心部含有最多的轧制型织构为铜织构{112}?111?,黄铜织构{011}?211?和S织构{123}?634?,表层含有最多的再结晶织构为{001}?100?。轧制型织构具有更大的泰勒因子M,对强度贡献更大,表层的再结晶严重削弱了其力学性能,影响各层力学性能差异的主要因素是再结晶及织构。

7A55铝合金预拉伸板材的回归再时效处理

采用拉伸性能测试、慢应变速率拉伸测试、DSC分析、电导率测试及透射电镜观察,研究不同回归再时效(RRA)处理制度对7A55铝合金淬火预拉伸(W51)板材显微组织、拉伸性能和抗应力腐蚀(SCC)性能的影响。结果表明:采用120℃、24 h预时效,180℃、60 min回归处理和120℃、24 h终时效的RRA工艺,可使7A55合金获得与T6态相当的强度,而电导率大大提高,抗应力腐蚀性能接近T73态水平。7A55合金经适当的RRA处理后,晶内保持类似于T6状态的显微组织结构,为细小、弥散的η′相和极少量的η相;同时使晶界析出物的大小和分布特征与T73状态类似,为呈断续、孤立分布的粗化平衡相。

均匀化处理对7A55铝合金组织与性能的影响

研究了单级均匀化和双级均匀化工艺对铸态7A55铝合金组织和性能的影响规律。结果表明,经450℃单级均匀化处理后,合金中的残留共晶仍然较多,保温60h时合金中残留共晶比例由铸态合金的15.2%减少至7.2%,合金硬度由72HRB降低至60HRB,伸长率则由2.1%增大至11.2%;经450℃/60h+470℃双级均匀化处理后,残留共晶的数量显著减少,冷却过程中有大量平衡第二相析出,保温12h时残留共晶比例仅为2.3%,合金硬度较铸态降低了约17HRB,伸长率增大至15.3%。实验结果表明,7A55铝合金适宜的均匀化处理工艺为450℃/60h+470℃/12h。

7A55铝合金预拉伸板材的双级时效工艺

研究了不同热处理工艺下7A55铝合金淬火预拉伸(W51)板材的力学性能、腐蚀性能、电导率变化以及相应的微观组织特点。用正交实验分析双级时效工艺,结果表明7A55铝合金双级时效的四因素中第二级时效温度和时间是影响最终性能的主要因素。淬火预拉伸7A55合金板材最佳双级时效热处理工艺分别为:T7651:121℃×5h+170℃×6h,T7451:121℃×5h+160℃×14h。电镜观察结果表明,T7451、T7651时效时晶内析出半共格的η′相和η相,并有不同程度粗化,晶界为断续分布的粗大η平衡相。这种微观结构能有效的提高7A55合金板材的电导率和腐蚀性能,同时使合金具有较高强度。

微量Cr、Mn、Ti、Zr细化7A55铝合金铸锭组织的效果与机理

采用光学显微镜、扫描电镜及能谱分析术研究了复合添加微量Cr、Mn、Ti、Zr细化7A55合金铸锭组织的效果和机理。结果表明:复合添加0.04%Ti+0.17%Zr能在一定程度上细化7A55合金铸锭组织,复合添加0.20%Cr+0.20%Mn+0.03%Ti能够显著细化铸锭组织,其细化机理为含有Cr、Mn的原子团簇作为Al3Ti形核的基底促使-αAl成核;复合添加微量0.04%Cr+0.04%Mn+0.03%Ti+0.18%Zr产生了极强烈的晶粒细化效果,其细化机理为含有Cr、Mn的原子团簇作为Al3Ti、Al3Zr共同形核的基底使Al3(TixZr1-x)形核,Al3(TixZr1-x)使-αAl形核。随着Cr、Mn含量增加,铸锭晶粒向枝晶化、粗大化方向发展。

内爆炸载荷作用下7A55铝合金的动态性能及断裂行为

采用圆筒爆炸实验研究了内爆炸载荷作用下7A55铝合金的动态性能,用扫描电镜和光学显微镜对破裂样品的断口形貌、金相组织等进行了微观分析。结果表明:在本文实验条件下,7A55铝合金能够承受360 MPa的内部爆炸加载;合金的断裂方式为剪切断裂,裂缝与筒壁的径向近似成45°角;靠近圆筒内侧组织中存在剪切变形带、绝热剪切带和裂纹,沿最大剪切应力面向外扩展。