时效处理对不同晶粒组织Al-Zn-Mg合金腐蚀性能的影响

以中强Al-Zn-Mg合金为研究对象,采用晶间腐蚀、电化学极化曲线测试、慢应变速率拉伸等试验,结合OM、TEM、SEM、EBSD等组织分析方法研究时效处理和晶粒组织对合金腐蚀性能的影响。研究结果表明:随着双级时效时间的延长,再结晶晶粒合金的抗腐蚀性能逐渐提升,从欠时效处理到过时效处理,晶间腐蚀等级由4级降为2级,电化学腐蚀电流密度由27.71μA/cm^(2)降为0.098μA/cm^(2),应力腐蚀指数由79.15降至18.40;纤维晶粒合金与同时效阶段的再结晶晶粒合金相比,其抗腐蚀性能显著提升,其中,晶间腐蚀最大深度降低了35.9%,电化学腐蚀电流密度降低了81.4%,年腐蚀速率降低了81.9%,应力腐蚀敏感指数降低了46.2%。中强Al-Zn-Mg合金腐蚀性能的提升主要源于其较低的再结晶分数和较低的大角度晶界占比。

基于机器学习的Al-Zn-Mg-Cu合金快速设计

提出一种基于机器学习的合金快速设计系统(ARDS),以定制所需性能的合金制备策略或预测制备策略所对应的合金性能。为此,分别对3种回归算法:线性回归(LR)、支持向量回归(SVR)和人工神经网络(BPNN)进行建模和比较以训练多性能预测模型。其中,应用SVR构建的机器学习模型被证明是最佳的。然后,基于生成对抗网络(GAN)模型原理,构建Al-Zn-Mg-Cu系铝合金快速设计系统(ARDS)。对ARDS的预测可靠性进行验证。结果表明,为了能够获得准确的制备策略,系统中极限抗拉强度(UTS)、屈服强度(YS)和伸长率(EL)的输入上限分别约为790 MPa、730 MPa和28%。此外,基于ARDS预测结果,制备了一种性能优异的新型铝合金材料,其UTS为764 MPa、YS为732 MPa、EL为10.1%,进一步验证了ARDS的可靠性。

锌镁比对Al-Zn-Mg-Cu-Er-Sc-Zr合金显微组织与耐腐蚀性能影响的研究

通过调整Al-Zn-Mg-Cu-Er-Sc-Zr合金中的Mg元素含量,研究了Zn/Mg比的变化对合金相演变以及腐蚀性能的影响规律。结果表明:Al_(8)Cu_(4)Er相、Al_(3)(Er,Sc)相与含Fe相存在明显的伴生关系,二者依附于含Fe相生长。Zn/Mg比的变化可显著改变三者间的交互形式,高的Zn/Mg比例有利于稀土相独立生长,且在比值为4.18的条件下,Al_(8)Cu_(4)Er相与含Fe相均得到了显著细化。细化的晶界第二相使腐蚀坑深度仅为_(8)2μm,而连续的伴生混合相、粗大稀土相等均会不同程度降低合金的耐蚀性能。

时效工艺对Al-Zn-Mg-Cu挤压棒材组织和性能的影响

研究了时效工艺对Al-Zn-Mg-Cu挤压棒材组织和性能的影响。结果表明,合金经双级+再时效、回归再时效和非等温时效处理后,均获得了优于T73时效处理的抗晶间腐蚀性能,最大腐蚀深度由70μm分别降至19、48和30μm。合金经过双级+再时效处理后,获得了与回归再时效和非等温时效处理样品相近的抗拉强度和屈服强度,而抗晶间腐蚀性能明显优于回归再时效和非等温时效。合金经T73、双级+再时效、回归再时效和非等温时效处理后,晶界析出相平均尺寸分别为27.7、39.2、31.6和25.5 nm,基体沉淀相平均尺寸分别为8.1、10.2、10.9和11.0 nm。

Al-Zn-Mn-Si-Mg系压铸铝合金阳极氧化工艺

在传统铝合金阳极氧化电解工艺基础上,添加草酸、酒石酸和柠檬酸等形成硫酸-有机酸混合体系氧化处理液,对Al-Zn-Mn-Si-Mg系压铸铝合金进行阳极氧化处理,探索阳极氧化工艺参数和有机酸种类对氧化膜微观形貌、耐腐蚀和耐磨性能的影响.研究结果表明:在硫酸质量分数为10%、氧化电压为18V、氧化时间为60 min、氧化温度为20℃的条件下,与纯硫酸体系相比,混合酸体系能显著增加Al-Zn-Mn-Si-Mg系压铸铝合金阳极氧化膜厚度,提高氧化膜的耐腐蚀性能和耐磨性能;其中10%硫酸-15%柠檬酸混合体系(百分数均为质量分数,下同)下的氧化膜耐腐蚀性能较强,10%硫酸-10%酒石酸体系下的氧化膜耐磨性能较优.

Al-Zn-Mg-Cu系铝合金增材制造研究进展

Al-Zn-Mg-Cu系(即7xxx系)铝合金是军民两用最为广泛的一类超高强度铝合金,Al-Zn-Mg-Cu系铝合金增材制造技术具有复杂零件精密成形与轻量化设计等显著优势,市场需求广泛。本文综述了Al-Zn-Mg-Cu系合金增材制造技术的研究进展,总结了国内外增材制造7075铝合金目前存在的问题和改进措施。对7075铝合金增材制造技术未来的研究热点和发展方向进行了展望。

Al-Zn-Mg-Cu系铝合金厚板截面色差原因分析及工艺改进

针对Al-Zn-Mg-Cu铝合金厚板截面阳极氧化过程中出现的色差缺陷问题,通过金相显微镜、扫描电镜、布氏硬度计及氧化膜测试仪等多种检测仪器,对缺陷进行了定性分析,确定了色差产生的根本原因,并开展了不同轧制工艺对Al-Zn-Mg-Cu铝合金厚板截面再结晶组织的影响研究。结果表明:Al-Zn-Mg-Cu系厚板色差缺陷产生的根本原因与整个截面再结晶组织分布不均匀有关;精确控制轧制工艺可有效改善厚度截面的色差现象,获得满足要求的产品。

基于短流程热处理的电磁铸轧Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能研究

利用金相显微镜、扫描电镜和拉伸试验研究了适用于电磁铸轧Al-Zn-Mg-Cu合金的短流程轧制-热处理工艺路线。首先,通过电磁复合场、Al-5Ti-B晶粒细化剂和Ti微合金化,获得了组织均匀、无中心偏析以及带状晶间偏析细小的电磁铸轧Al-Zn-Mg-Cu合金。其次,基于轧制破碎粗大结晶相和第二相粒子诱发形核(particle stimulated nucleation, PSN)再结晶效应,设计了电磁铸轧Al-Zn-Mg-Cu合金的短流程工艺路线。该短流程工艺路线实现了结晶相的细化和短时间快速溶解,可充分利用PSN效应,T6样品获得了细小、均匀的再结晶组织以及较弱的Cube-ND织构。最后,短流程工艺路线不仅省略了长时间均匀化工艺,其T6样品还获得了良好的强塑性,屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为460 MPa、521 MPa和12.3%。

Al-Zn体系高压扭转过程中的相变机理

本工作对常温不互溶的Al-Zn体系进行了高压扭转下的机械合金化研究。将0.03 mm厚的纯Al和纯Zn交替堆叠,在3 GPa的压力下进行50圈的高压扭转处理。结果表明,高压扭转处理的Al-Zn合金中产生两种类型的相变,即晶体到非晶的相变,以及密排六方到面心立方的相变。局部高密度位错可能是Al-Zn合金从晶态转变到非晶态的主要原因,而HCP→FCC相变则归因为密排面原子沿晶界产生的Shockley不全位错的滑动。此外,本工作为深入研究Al-Zn合金的固态相变提供了一种新的途径,为提高铝锌合金的力学性能提供了新的思路。

双阶段均匀化对铸轧Al-Zn-Mg-Cu合金Al_(3)Zr析出的影响

研究了均匀化制度对双辊铸轧Al-Zn-Mg-Cu合金Al_(3)Zr相析出行为及再结晶的影响,以及Al_(3)Zr析出和再结晶程度对合金力学性能和耐晶间腐蚀性能的影响.结果表明,相比于传统的单阶段均匀化,双阶段均匀化的第一阶段为Al_(3)Zr的析出提供了更大的形核驱动力和更多的非均匀形核质点,促进了Al_(3)Zr的析出.此外,不同的升温速率对Al_(3)Zr的析出也有影响,缓慢的升温速率有利于细化Al_(3)Zr尺寸,增加Al_(3)Zr的数量密度和体积分数.固溶处理时,Al_(3)Zr相f/r值的变化导致了不同的再结晶抗力,因此在T6处理后双阶段均匀化的试样再结晶组织比例降低,大角度晶界数量减少.Al_(3)Zr相f/r值以及显微组织的变化对合金力学性能的影响较小,显著提高了合金的抗晶间腐蚀性能.

Fe对Al-Zn-Mg-Si熔融镀液中Cr含量的影响

以55%Al-Zn-2%Mg-1.6%Si熔融镀液为研究对象,在热镀锌模拟设备锌锅中研究了添加Cr和Fe的实验过程中,Fe对镀液中Cr含量的影响。结果表明,当镀液温度为630℃时,随着Al-10Cr中间合金锭的添加,镀液中Cr含量逐渐升高,在含量约0.15%最终稳定达到饱和,超过其饱和溶解度将形成主要成分为Al-Cr的底渣。在Cr饱和的镀液中加入足量的钢板,镀液的饱和Fe含量约0.53%,而Cr含量由0.15%显著降至0.026%,镀液中形成了Al-(Fe,Cr)-Si金属间化合物,以底渣形式析出。相图计算结果进一步证实,提高Fe含量会降低55%Al-Zn-2%Mg-1.6%Si熔融镀液中Cr的饱和溶解度,从而促使Cr析出形成底渣。

T6态CNTs/Al-Zn-Mg-Cu复合材料的耐磨性能研究

采用熔融铸造法制备了12vol%CNTs(碳纳米管)/Al-Zn-Mg-Cu复合材料,再对该复合材料进行T6热处理。利用MG-200型摩擦磨损试验机研究了热处理前后CNTs/Al-Zn-Mg-Cu复合材料的干滑动摩擦磨损性能。试验结果表明:CNTs对Al-Zn-Mg-Cu合金有细晶强化作用,提高了合金的硬度,固溶处理消除了铸造复合材料中的第二相偏析,并且在时效处理之后MgZn2强化相的析出大幅度提升了材料的性能。在40 N的载荷和200 r/min转速时,T6态CNTs/Al-Zn-Mg-Cu复合材料的磨损率和摩擦系数分别为0.0489 g/mm和0.281,与铸造复合材料相比,材料的磨损率和摩擦系数分别降低64.79%和28.47%。这是由于热处理之后试样的强度和硬度增大,从而有效改善了材料的耐磨性能。未热处理的复合材料主要存在黏着磨损和磨粒磨损,而热处理之后复合材料的主要磨损机理为磨粒磨损。

微量Zr和Si对体育器材用Al-Zn-Mg合金组织和耐蚀性的影响

采用光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、电化学试验、拉伸试验、双悬臂梁(DCB)试验等方法,研究了Zr、Si含量对体育器材用Al-Zn-Mg合金组织、拉伸性能和在3.5%NaCl溶液中耐蚀性的影响。结果表明:添加微量Zr、Si对合金组织和性能均产生明显影响,复合添加Zr、Si比单独添加Zr效果更好;在合金中添加0.15%Zr后,合金晶粒尺寸明显减小,但部分再结晶晶粒长大;在合金中复合添加0.15%Zr和0.08%Si后,合金晶粒尺寸进一步减小,且晶粒尺寸大小均一,呈等轴晶状;与未添加Zr、Si的合金相比,复合添加0.15%Zr和0.08%Si的合金的平均晶粒尺寸由177.8μm降低到6.8μm,抗拉强度和屈服强度由283.6 MPa和249.2 MPa提升至368.1 MPa和319.2 MPa,应力强度因子KISCC由3.2提升至10.9,合金的抗电化学腐蚀性能显著提高。

均匀化退火工艺对Al-Zn-Mg-Cu-Zr高强合金第二相的影响

研究了不同工艺均匀化退火过程中Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中组织、低熔点结晶相和弥散相的演变规律。结果表明:铸态Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金中主要结晶相为AlMgZnCu四元相,均匀化退火后该相部分消除。均匀化退火过程中,随着温度的提高及时间的延长,合金中的非平衡结晶相逐渐溶解,未溶结晶相的体积分数降低。弥散相Al3Zr的尺寸及分布取决于均匀化退火过程中的升温速度,在缓慢升温条件下,弥散相Al3Zr的尺寸细小,分布比较弥散,密度高,合金的电导率最低;随着升温速度提高,Al3Zr相的析出数量减少,尺寸增加,析出相的密度降低,合金的电导率升高。二段均匀化退火后,弥散相Al3Zr的尺寸更加细小,密度更高,平均直径为15 nm,密度为1.27×10^(15)/cm^(3)。

晶粒组织对Al-Zn-Mg合金力学性能和腐蚀性能的影响

以分别具有再结晶和纤维晶粒组织的两种Al-Zn-Mg合金为研究对象,通过室温拉伸、剥落腐蚀、慢应变速率拉伸、四点弯曲试验,结合金相显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)观察研究了晶粒组织对合金力学性能和腐蚀性能的影响。结果表明:纤维组织合金相比于再结晶组织合金屈服强度提高24.7 MPa,抗拉强度提高56 MPa;纤维组织合金表现出更优的抗应力腐蚀性能,其在慢应变速率拉伸试验中的抗拉强度以及伸长率的损失率分别比再结晶组织合金降低了65.2%和80.3%,应力腐蚀指数降低了75.5%,在四点弯曲试验过程中发生断裂的时间是再结晶组织合金的57倍;纤维组织合金的剥落腐蚀性能低于再结晶组织合金,其最大腐蚀深度增加了160.4%。纤维组织合金的力学性能的提升主要来自细晶强化作用,抗应力腐蚀性能的提升主要源于其较低的再结晶分数和较低的大角度晶界占比。

高强度Al-Zn-Mg合金MIG与CMT+P焊接接头组织及性能研究

采用熔化极惰性气体保护焊接(MIG)和冷金属过渡+脉冲焊接(CMT+P)两种电弧焊接模式对20 mm厚7A52铝合金进行对比焊接实验,从焊接缺陷、晶粒尺寸及析出相等方面研究不同电弧焊接模式对焊接接头显微组织及力学性能的影响。结果表明,两种焊接接头成形良好且无明显缺陷,焊缝组织为铸态等轴枝晶,并在焊缝中发现条状或块状的富铁杂质相AlFeMn和Mg2Si以及与α(Al)基体呈非共格关系的Al3Mg2相。但MIG焊接焊缝区气孔率为2.73%,而CMT+P焊接焊缝区气孔率仅为0.64%,同时CMT+P模式下焊缝晶粒尺寸较小、热影响区宽度较窄以及晶界偏析较小,因而CMT+P模式下接头强度更高,约为289 MPa。两种模式下拉伸断口均是以韧窝为主要特征的韧性断裂。

冷却速度对Al-Zn-Si-Mg镀层组织和耐蚀性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、电化学试验、中性盐雾试验研究了10℃/s、15℃/s、25℃/s 3种冷却速度对Al-Zn-Si-Mg镀层组织及耐蚀性能的影响。结果表明:Al-Zn-Si-Mg镀层组织由富铝树枝晶(α-Al)、Al-Zn-MgZn2三元共晶相和富Si相组成;冷却速度由10℃/s提高至15℃/s时,Al-Zn-Si-Mg镀层的二次枝晶间距由21μm减少至12μm,共晶组织比例由21%提升至27%,中性盐雾出现红锈时间由4536 h延长到4872 h,耐蚀性提高;冷却速度由15℃/s提高至25℃/s时,Al-Zn-Si-Mg镀层的二次枝晶间距反而增大至15μm,且共晶组织比例减少至25%,中性盐雾出现红锈时间减少为3864 h,耐蚀性下降。综合分析后认为:镀后冷却速度15℃/s的Al-Zn-Si-Mg镀层组织细小均匀,耐蚀性最好。

Al-Zn-Mg-Cu-Li合金均匀化与固溶热处理工艺优化

本文研究了Al-7-4Zn-1-5Mg-1-7Cu-1-1Li(wt-%)合金在不同均匀化和固溶处理条件下的显微组织和力学性能。结果表明,该铝合金的铸态组织主要由α-Al基体、Li_(3)CuAl_(5)相和Mg_(32)(Al,Zn)_(49)相构成。为充分溶解第二相,提高过饱和固溶度,需要改善该含Li合金的热处理工艺。优化后的热处理工艺为510℃/24 h均匀化处理加510℃/1 h固溶处理。对比发现,使用优化后的热处理工艺可明显减少该合金中第二相颗粒的含量,且不发生过烧。相比传统均匀化和固溶热处理制度(460℃/24 h+475℃/1 h),采用新的均匀化和固溶工艺后,合金120℃时效峰值硬度提升了34-3 HV,提升幅度约22%。

均匀化及时效处理对Al-Zn共析阻尼合金组织及性能的影响

采用井式电阻炉熔炼及真空感应熔炼的方法制备名义成分为50Al-48.9Zn-1Ti-0.1Ce(原子百分数,at%)的合金,然后在380℃保温20 h进行均匀化处理,并于150℃下分别进行1 h、2 h、4 h、6 h,10 h的时效处理,研究了均匀化及时效处理对Al-Zn共析阻尼合金组织和性能的影响。结果表明:均匀化处理消除了原铸态组织中的枝晶偏析,此时合金主要由α-Al分布在η-Zn基体上的共析组织所构成。然而经不同时间时效处理后的合金则主要由η-Zn分布在α-Al基体上的共析组织所构成。随着时效时间的增加,α-Al相含量逐渐增加(在均匀态下以及时效1 h、2 h、4 h、6 h、10 h后α-Al相的面积百分数分别约为16.1%、40.3%、47.2%、54.7%、60.1%、68.2%),共析组织不断粗化,且其形貌逐渐从不规则片层或颗粒状向近似等轴的颗粒状而转变。随着时效时间的延长,Al-Zn共析阻尼合金的阻尼性能不断上升(对于时效10 h后的合金试样,当应变振幅为8×10^(-4)时,其tanδ的值约为0.052)。与均匀态下的合金相比,短时时效处理后Al-Zn共析阻尼合金的拉伸性能明显改善拉伸性能(在时效1 h时获得最高拉伸强度,其σ_(b)值约为197.6 MPa),但随着时效时间的进一步延长,合金抗拉强度呈现逐渐下降的趋势。

添加Yb对Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Cr合金组织性能的影响

采用熔炼铸造法制备复合添加Zr、Cr及复合添加Zr、Cr和Yb的2种Al-Zn-Mg-Cu合金。采用金相显微镜、透射电镜和扫描电镜观察合金的显微组织,并进行力学性能和抗腐蚀性能测试。结果表明:AlZnMgCu-Zr-Cr-Yb合金经固溶处理后始终保持以小角度晶界为主的纤维状组织,这归因于合金中析出的大量细小(10~20 nm)、弥散分布的(Al,Cr)3(Zr,Yb)相,阻碍了位错和晶界迁移,明显抑制基体再结晶。由于Yb元素的加入,合金的硬度、强度、伸长率和断裂韧性提高,断裂韧性由24.2 MPa·m^(1/2)提高到32.4 MPa·m^(1/2)。同时,合金的抗应力腐蚀、晶间腐蚀和剥落腐蚀性能提高,应力腐蚀开裂临界应力强度因子(KISCC)由10.6 MPa·m^(1/2)提高到17.0 MPa·m^(1/2),晶间腐蚀深度减小,剥蚀敏感性降低,剥蚀等级由EB+降为EA。