高强度7xxx系铝合金热处理调控残余应力研究进展

随着航天装备的不断大型化和轻量化,7xxx系铝合金构件普遍呈尺寸规格大、形状复杂、薄壁弱刚性等结构特点,在加工和使用中易产生强烈的残余应力效应;残余应力的产生会影响加工质量,甚至导致失效。因此,如何有效调控制造过程中的残余应力成为亟待解决的关键难题。总结了航天领域高强度7xxx系铝合金构件残余应力热处理控制技术的研究现状,详细介绍了淬火、冷热循环处理、深冷处理、时效去应力对残余应力的调控效果及作用机制,提出了目前航天高强度7xxx系铝合金残余应力热处理调控的主要问题及发展方向。

7xxx系铝合金焊接技术研究进展

7xxx系铝合金作为所有系列铝合金强度最高的金属材料,具有优良的综合性能,被广泛应用于各领域中。本文从7xxx系铝合金焊接质量和焊接效率出发,综述了几种常见的7xxx系铝合金焊接技术的发展现状,重点介绍了熔化极惰性气体保护焊(MIG焊)、冷金属过渡焊(CMT)、钨极惰性气体保护焊(TIG焊)等传统电弧焊以及激光焊、电子束焊、搅拌摩擦焊等新型焊接技术的技术特点与应用前景,总结了不同焊接技术相应的优势与不足以及目前各焊接技术急待解决的问题,最后对7xxx系铝合金焊接技术发展前景进行了总结。

高强韧低淬火敏感性7XXX系铝合金的发展

高强韧低淬火敏感性7XXX系铝合金,是满足航空工业当前及未来发展对厚截面整体式结构件制造紧迫需求的必然选择,是当前世界各国在航空铝合金材料研发方面的热点和重点。近年来,美欧等发达国家开创了以7085合金为代表的新一代高强韧低淬火敏感性7XXX铝合金材料体系;我国也成功开发出了一种具有完全自主知识产权、综合性能优异的高强韧低淬火敏感性铝合金材料。详细介绍了国内外高强韧低淬火敏感性7XXX系铝合金的特征、发展历史和现状,并总结了其未来发展方向。在厚截面铝合金材料的设计和生产过程中,通过成分优化设计和组织控制以最大可能地降低合金的淬火敏感性,是发展新一代高强韧低淬火敏感性铝合金材料的必由之路。

Sc和Zr的复合添加对高Zn含量7xxx系铝合金组织演变和力学性能的影响

本文采用传统铸造和热加工工艺制备复合添加Sc、Zr的高Zn含量7xxx系铝合金,通过室温拉伸实验、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜等,研究Sc、Zr的复合添加对高Zn含量7xxx系铝合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:设计制备的新型高Zn含量(w(Zn)=10.9%)铝合金的抗拉强度为769 MPa,伸长率为4.7%。合金中高含量的Zn有利于形成高密度的纳米η'相,实现优异的沉淀强化效果。Sc和Zr复合添加形成的初生Al3(Sc,Zr)相有助于细化凝固组织,而时效过程中析出的次生Al3(Sc,Zr)相则可以有效抑制再结晶和阻碍位错运动,二者结合实现了良好的晶界强化作用。

超高强7XXX系铝合金的研究现状及发展趋势

针对7XXX系铝合金从合金化、形变热处理以及近年来兴起的异构组织调控三方面对其研究现状及发展趋势进行总结。综述了合金化、形变热处理(包括大塑性变形)对7XXX系铝合金力学性能的影响,介绍了异构组织的思想、种类及其对7XXX系铝合金力学性能的影响,展望了超高强7XXX系铝合金的发展趋势。旨在为超高强7XXX系铝合金材料产业的持续发展提供帮助。

Fe和Si杂质元素对7×××系高强航空铝合金组织及性能的影响

综述了Fe、Si杂质元素对7×××系高强航空铝合金的微观组织及力学性能的影响。Fe、Si主要是以粗大难溶杂质相形式存在。形成含Fe杂质相的种类较多,在含Cu量较高的合金中主要是形成Al7Cu2Fe相;形成含Si杂质相主要是Mg2Si相。Fe、Si杂质元素含量增加对合金强度的影响不大,但形成的富Fe、富Si粗大难溶杂质相含量的增加明显降低合金的塑性、断裂韧性和抗应力腐蚀性能。降低Fe、Si杂质元素含量是发展高综合性能航空铝合金的重要方向。

7xxx系铝合金热处理工艺的研究现状及进展

全面评述了7xxx系铝合金热处理工艺的国内外研究现状,重点讨论了固溶和时效工艺,分析了目前7xxx系铝合金热处理产业化应用中存在的问题和研究工作中的不足,指出了未来研究和开发中需要解决的问题,并提出了具体的建议。

7xxx系铝合金的研究现状及发展趋势

评述了国内外7xxx系铝合金的研究及工业应用概况,讨论了热处理工艺对7xxx系铝合金微观组织与性能的影响,介绍了相关的表征技术。针对目前7xxx系铝合金在研究以及产业化应用中存在的问题,指出实现7xxx系铝合金的高强、高韧以及低应力腐蚀(SCC)敏感性将成为今后研究和开发工作的主要方向,并提出了具体的建议。

7xxx系铝合金应力腐蚀的控制

综述了7xxx系铝合金的应力腐蚀开裂机理(Stress corrosion cracking)与影响因素。应力腐蚀开裂机理主要有阳极溶解理论、氢致理论与"相变-Mg-H"理论。适当的固溶工艺与时效工艺可以提高铝合金的抗应力腐蚀性能;铝合金的应力腐蚀开裂敏感性随水蒸气中氧含量的增加而提高,含有Cl-、Br-和I-的水溶液会加快铝合金的应力腐蚀开裂的裂纹扩展速率。

Zn含量对喷射成形7×××系高强铝合金组织与性能的影响

采用喷射成形技术制备了不同Zn含量的7×××系超高强铝合金,研究了Zn含量对材料的显微组织及室温力学性能的影响.结果表明:喷射成形工艺可显著细化晶粒,有效抑制合金内的偏析,获得细小、均匀的等轴晶组织,采用相同工艺制备的不同Zn含量的材料的晶粒尺寸为10～20μm.喷射成形制备的7×××系超高强铝合金中的主要组成相为:α(Al)、六方晶格的MgZn2、四方晶格的Al2Cu和面心斜方晶格的Al2CuMg.Zn含量在9.5%～11.5%时,经过适当的热处理,材料的强度可以达到800 MPa以上.综合考虑材料的组织和性能,确定喷射成形7×××系铝合金中的Zn含量应控制在9.5%～11.5%.

7xxx系铝合金“双峰”时效工艺的普适性研究

采用洛氏硬度计、电子拉伸实验机、冲击实验机等手段对多种7xxx系铝合金超长时间时效行为和性能进行了研究。结果表明,这些合金的硬度、强度等性能都具有时效"双峰"特征。两个"时效峰"的硬度和强度相差不多,但"第二时效峰"时合金具有高强、高韧、低应力腐蚀敏感性等优异性能。

7xxx系铝合金氢脆的研究现状及发展趋势

全面评述了7xxx系铝合金氢脆（HE）问题的国内外研究现状，讨论了氢脆机理以及氢脆的影响因素，并介绍了几种重要的测试方法。针对目前研究工作中尚未从理论上揭示氢脆本质这一突出问题，指出了今后7xxx系铝合金氢脆问题的研究方向，同时结合前期的研究工作，提出了具体的相关建议。

7xxx系铝合金晶界偏析研究进展

评述了7xxx系铝合金晶界偏析问题的国内外研究现状,讨论了晶界结构以及晶界偏析的实验研究。针对目前研究工作中尚未从理论上揭示晶界Mg偏析本质的突出问题,指出了今后7xxx系铝合金晶界偏析问题的研究方向,同时结合前期的研究工作,提出了相关的建议。

7xxx系铝合金凝固过程中收缩行为的测定

应用自主设计的测量装置对7xxx系铝合金凝固过程中的收缩行为进行了系统的测量。主要研究了3种7xxx系铝合金的收缩行为和微观组织对热裂敏感性的影响。研究发现,在凝固过程中,3种7xxx系铝合金表现出了非常不同的收缩行为。7050和7075铝合金的热膨胀系数曲线从收缩起始点(固相率fs分别为0.69和0.73)开始陡然增加至峰值,之后随着温度的降低减小至一个常数值;7022铝合金的热膨胀系数曲线与以上两种不同,从收缩起始点(固相率为0.8)开始先出现一个波动上升,其后随着温度降低数值单调递增。微观组织显示,收缩过程的起始点是枝晶搭接的开始点。凝固过程中,7050合金的热膨胀系数大于7022合金,可以认为凝固过程的收缩行为能作为热裂敏感性的一种判断准则。

7xxx系铝合金回归再时效的研究现状

7xxx系铝合金作为高强度铝合金的代表,以其较高的强度以及良好的韧性和耐蚀性等优异性能而广泛地应用于航空航天及交通运输领域。该类可热处理强化铝合金对微观组织结构敏感,其性能受合金内部析出相的形核、生长及分布情况的影响。采用三级时效工艺—回归再时效处理,通过预时效、回归、再时效3个过程的有效配合改变合金的析出相状态,可以达到合金力学性能和耐蚀性能的良好结合。目前已有大量针对其在7xxx系铝合金应用的研究,并取得了一定进展。文中介绍了回归再时效处理的方法,以及其对7xxx系铝合金微观组织的改变和合金性能的影响,同时对目前该领域的研究现状进行归纳总结。

石油钻杆用7xxx系铝合金微观组织和性能的研究进展

铝合金具有密度低、强度高、耐酸性气体腐蚀等优点,其在石油钻探领域的应用优势逐渐引起了国内外学者的重视。铝合金石油钻杆在美国、俄罗斯等少数发达国家已被应用于钻探领域数十年,然而我国对铝合金石油钻杆的研究起步较晚,目前主要依靠进口,这极大地限制了我国钻采工业的发展,因此实现自主研发超强耐蚀铝合金钻杆具有很高的社会意义和经济效益。Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金属于7xxx系铝合金,因具有很高的抗拉强度、较好的耐腐蚀性和高温冲击韧性,已成为当下最具发展潜力的铝合金钻杆用材料,也是我国近几年对高性能铝合金钻具材料的主要研究方向。7xxx系铝合金的主要析出强化相是弥散分布的GP区和η'相。众所周知,合金的成分和组织决定其性能,因而通过改变热处理工艺和合金成分可以调控铝合金材料的性能。铝合金的热处理工艺流程主要包括均匀化、固溶和时效处理等。目前均匀化倾向于采用多级热处理制度,热处理后材料不仅会得到更为弥散细小的析出相,合金在后续热加工过程中的再结晶行为也会受到抑制。热变形后再经双级或多级固溶,合金中残余过剩相可有效溶解,其稳定性和综合性能得到提高。时效处理作为较关键的热处理步骤,也从传统单级处理向多级转变,一种新型的回归再时效(RRA)制度综合了单级和双级时效的优点,在保持铝合金较高强度的同时,又可获得较高的腐蚀抗力。因此,探索合适的热处理制度对提高钻杆用铝合金材料的综合性能有深刻的影响。另外,优化合金成分也是提高铝合金性能的重要方式。研究发现,将石油钻杆用7xxx系铝合金的成分大致控制在Al-6～6.5Zn-2.0～2.8Mg-1.6～2.0Cu范围内,其可获得较优的综合性能。此外,引入新的微合金元素,如Mn、Zr、Cr及稀土元素等,可以显著细化铝合金晶粒,提高其再结晶温度,从而提高它的耐热性和耐腐蚀性,使其更好地满足石油钻杆在实际工况中的服役要求。7xxx系铝合金虽具有诸多性能优势,但其在富氯气氛环境中耐蚀性较差,易发生应力腐蚀开裂,在海洋钻探领域服役时存在一定的失效风险。另外,7xxx系铝合金耐冲蚀磨损能力差,在钻探过程中易产生磨损,从而缩短了其使用寿命。今后的工作重点应从成分设计、材料制备及热处理工艺等方面来提高铝合金钻杆的高温强度,同时系统深入探讨上述因素对材料力学性能、电化学性能、耐磨性能的影响,并就这些性能的优化机理展开基础研究。本文综述了国内外铝合金石油钻杆的研究现状、性能特点和生产工艺,重点归纳了钻杆用7xxx系铝合金的时效析出过程及其微合金化研究方面的进展,阐述了固溶和时效等热处理对7xxx系铝合金综合性能的影响,分析了铝合金石油钻杆耐腐蚀性能及磨损行为的表现。在此基础上,对我国石油钻杆用7xxx系铝合金目前存在的问题以及日后的发展方向进行了展望。

我国7×××系高强铝合金及其研究进展

铝合金在大跨空间、桥梁、电力塔架等结构中得到了良好应用。随着现代工程结构日益向大跨、复杂、重载、恶劣环境等方面发展,对铝合金的力学性能提出了新要求,特别是要求结构材料具有更高的强度。从7×××系高强铝合金的工程应用、材料力学性能、构件稳定性能和焊接性能方面阐述了我国高强铝合金的研究进展。关于7×××系高强铝合金材料力学性能的研究较为充分,而对其构件稳定性能的研究尚处于初步阶段;缺乏基于搅拌摩擦焊接连接的铝合金结构受力性能的相关研究。建议了用于构件计算的7A04-T6高强铝合金的设计指标,可为我国铝合金结构技术标准的编制和修订提供参考,以期推动高强铝合金结构的工程应用。

7xxx高强铝合金熔化焊研究进展

针对7xxx高强铝合金的焊接研究现状,主要从TIG,MIG,激光焊及激光-电弧复合焊4类熔化焊工艺进行了介绍;从焊接缺陷、焊缝成形、接头软化、疲劳性能及耐蚀性等方面详述了7xxx高强铝合金熔化焊过程中存在的问题。对于7xxx高强铝合金的TIG,MIG,激光焊及激光-电弧复合焊,焊接缺陷、焊缝成形质量差及接头中强化相熔解等因素都会导致接头发生软化、耐蚀性变差及疲劳寿命降低;通过优化焊接工艺参数,减少焊接缺陷,改善焊缝成形质量,有利于改善接头的软化、耐蚀性差及疲劳寿命低等问题。选用合适的焊丝(含Ti,Zr元素及Er,Sc稀土元素)使焊缝产生沉淀强化、细晶强化及固溶强化,可改善接头软化的问题;采用适当的焊后热处理,改善强化相的尺寸、形态及分布状态,也可改善接头软化的问题;而采用适当的焊后热处理,还可以改善接头的耐蚀性。

冷轧预变形对7xxx系铝合金板材析出行为的影响

采用硬度测试、扫描电镜、X射线衍射和DSC研究了冷轧预变形对7xxx系合金析出行为的影响。结果表明,40%冷轧预变形处理使合金120℃时效达到峰值的时间由18h缩短至6h。同时SEM统计表明,经冷轧预变形处理的合金在更短的时间内MgZn2相析出的体积分数达到更高的值;利用差示量热法结合JMA方程定量计算得出,经40%预变形后合金的η′相析出激活能由123kJ/mol降至111kJ/mol,MgZn2相的析出激活能由82kJ/mol降至67kJ/mol。

7xxx系铝合金大规格铸锭显微缺陷的检测与分析

文章采用PoDFA法及YXLON微焦点X射线计算断层扫描系统对7xxx系大规格铸锭内部的显微缺陷(夹杂物、疏松等)实现了定性分析和定量统计,为生产工艺的改进和优化提供了理论依据,促进生产企业实现对铸锭冶金质量的稳定和有效控制。