Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的热变形行为研究

以7000系Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金为研究材料,在Gleeble1500热模拟试验机上进行变形温度250~400℃,应变速率0.01~10 s^(-1)条件下的等温压缩试验。研究结果表明:合金在等温压缩过程中的流变应力随着应变速率的增大而增大,随着变形温度的增大而减小。当应变速率为10 s^(-1),变形温度为250℃时,合金的峰值应力可达205 MPa。大部分的真应力-应变曲线呈现动态再结晶特征,结合TEM分析,动态再结晶的形成机制是位错通过滑移和攀移逐渐演变成小角度晶界(2°~15°)和大角度晶界(>15°),依靠位错重排在原始晶粒内部形成亚结构,最终形成完整晶界。同时,采用Arrhenius模型和Zener-Hollomon参数方程,构建了Al-Zn-MgCu-Zr合金的本构方程,其中合金的平均变形激活能为324 187 J/mol。此外,通过Prasad失稳判据等模型,构建了0.2、0.4以及0.6应变下的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的热加工图,获得可加工窗口为:252~400℃,0.01~0.015 s^(-1)。

Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金局部腐蚀过程:从点蚀到晶间腐蚀的转变

时效对Al-7.82Zn-1.99Mg-2.41Cu-0.12Zr合金局部腐蚀模式及过程有重要影响。合金在欠时效状态下,晶界析出相尺寸小,分布连续性高,L_(GBPs/GB)为0.75,主要的腐蚀形式是晶间腐蚀。而在双级时效和回归再时效状态下,晶界析出相尺寸大,分布连续性低,L_(GBPs/GB)小于0.5,晶间腐蚀被抑制,合金主要的腐蚀形式是点蚀。随着浸泡时间的延长,峰时效状态合金的腐蚀模式由点蚀向晶间腐蚀转变。点蚀起始于Al_(7)Cu_(2)Fe粒子,其尺寸越大,与基体的电位差越大,表明较大的Al_(7)Cu_(2)Fe粒子更容易引起点蚀。在腐蚀初期,合金表面发生点蚀,Al和Mg元素在Al_(7)Cu_(2)Fe粒子周围优先溶解。随着浸泡时间的延长,合金表面发生晶间腐蚀。

Sc对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金铸态组织和力学性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜和能谱分析,研究Sc对Al-9.0Zn-2.5Mg-2.5Cu-0.15Zr合金铸态组织和力学性能的影响。结果表明,添加0.20%-0.60%的Sc,会使合金的铸态组织由粗大的树枝晶变为等轴晶,并使Cu的偏聚减轻,且Sc含量越高,合金铸态组织越细,Sc含量为0.60%的合金铸态组织最细小;随着Sc含量的增加,合金的抗拉强度升高,T6态时,Sc含量为0.60%的合金抗拉强度高达783.9 MPa。从熔体中析出的Al3（Sc,Zr）一次粒子具有与α（Al）基体相同的FCC晶格,晶格常数接近,可有效地细化合金的铸态组织。合金强化机理主要为Al3（Sc,Zr）引起的细晶强化、亚结构强化和沉淀强化。

电磁铸造对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金微观组织及晶内固溶度的影响

分别采用电磁铸造和普通连铸技术制备Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金,研究电磁场对合金显微组织、合金元素晶内固溶度的影响。结果表明:采用电磁铸造技术制备的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金具有良好的表面质量和内部组织;电磁场显著提高合金元素在晶内的固溶度,减小了微观偏析程度。相对于普通连铸,电磁铸造法制备的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的晶粒平均尺寸从68μm减小到53μm,Zn、Mg和Cu元素的晶内相对溶质固溶度分别由56%、62%和25%提高到79%、74%和44%。

含Sc超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的回归再时效处理制度

采用透射电镜分析、力学拉伸性能测试和电导率测试,研究不同回归再时效(RRA)处理制度对含Sc超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织与性能的影响。结果表明:采用120℃,24h预时效+180℃,30min回归处理+120℃,24h终时效的RRA处理工艺,可以使合金获得理想的力学性能和抗应力腐蚀性能;与T6态相比,该工艺获得的合金强度仅略微下降,而电导率则大大提高;含Sc超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金经RRA处理后,晶内含大量均匀细小的η′相和少量的η平衡相,合金晶界处的平衡相粗化明显,呈现断续、孤立分布;与T6态处理的合金相比,无沉淀析出带变宽;其晶内析出相与T6峰值时效态的类似,晶界组织与双级过时效态的组织类似。

喷射沉积法制备Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的显微组织与性能

采用喷射沉积技术制备Al-8.11Zn-2.01Mg-2.36Cu-0.12Zr(质量分数,%)合金,并对其显微组织和性能进行研究。结果表明:喷射沉积的沉积态合金为近等轴状,且晶粒均匀细小,尺寸约为50μm;对合金进行(470℃,24 h)均匀化处理、420℃热挤压(挤压比为39)、(470℃,1 h)固溶处理、(140℃,8 h)时效处理后合金具有优良的性能,合金的抗拉强度为730 MPa,屈服强度为700 MPa,伸长率为11%。合金在140℃时效过程中,时效10 min即形成GP区;时效8 h后,主要强化相为针状的η'-Mg Zn2和球状的Al3Zr粒子;时效72 h后,针状的η'-Mg Zn2亚稳相呈现为棒状的η-Mg Zn2稳定相。该喷射沉积法制备的合金表现出优异的强度和韧性,可广泛应用于航天航空工业、汽车工业、轨道交通、船舶、电子电工等领域。

微量Er,Y对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金均匀化的影响

采用光学显微镜(OM)、差热分析(DTA)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等分析技术研究了在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中添加微量稀土元素Er和Y对其均匀化行为的影响。研究结果表明:在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中复合添加微量Er,Y(质量分数<0.4%)使合金的共晶化合物溶解温度升高,其均匀化温度相应提高。合金经二级均匀化处理后仍残留较多的S(Al2CuMg)相和Al8Cu4Er相,其中S(Al2CuMg)相能在三级均匀化条件下得到有效消除,但Al8Cu4Er相很难消除。经465℃/24h+475℃/4h+485℃/4h三级均匀化处理后,合金中残留的共晶化合物数量已经很少,基体上分布有大量、均匀、细小的第二相质点,对抑制合金再结晶,提高合金性能十分有利。

微量Cr和Nb对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金力学性能和应力腐蚀性能的影响

通过金相显微分析、硬度、强度和应力腐蚀性能的测试,研究添加微量Cr和Nb对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金力学性能、再结晶与应力腐蚀行为的影响。结果表明,在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中添加微量Cr和Nb能提高合金的抑制再结晶能力,并显著提高合金的抗应力腐蚀性能,使合金在保持高的强度和塑性的同时,应力腐蚀临界应力强度因子KISCC由9.8 MPa.m1/2提高到15.2 MPa.m1/2。

Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金多道次热轧模拟

采用Gleeble1500D热力模拟机按设计的轧制工艺对7055合金进行压缩试验以模拟企业多道次热轧过程,获得多道次压缩的流变应力曲线。对经不同道次压缩水冷试样进行硬度测试、金相显微镜透射电镜和EBSD分析,研究其流变应力、硬度和显微组织特征。结果表明:热压缩时,每道次的峰值应力并未随Z值的增加而显著增加,总应变小于0.303时,峰值应力随应变增加而增大;应变从0.303到1.148,峰值应力基本保持不变,应变从1.148到1.609,峰值应力再次增加;经不同道次热压缩水冷试样的硬度随压缩道次的增加,硬度先增加后减小;由于热轧过程中的动态行为和静态行为的交互作用,形成大量再结晶晶粒。

一种新型Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的变形行为研究

通过动态镦粗压缩实验的方法研究了一种新型Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的变形行为。结果表明:Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金在350℃以下变形时,由于变形温度较低,在变形过程中发生动态析出行为,合金晶内析出细小沉淀相,对合金的进一步变形不利;当变形温度高于400℃时,合金没有出现动态析出行为;当变形温度继续升高到450℃时,合金出现了动态再结晶和晶粒长大现象。所以,该Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的最佳变形温度为400～420℃,极限变形量为60%。

Yb微合金化对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金再结晶行为和性能的影响

采用铸锭冶金法制备了含Yb的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金。通过对硬度、电阻率、强度、应力腐蚀性能的测试和用金相显微镜和透射电镜的观察,分析了Yb微合金化对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金再结晶行为和性能的影响。结果表明,在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中添加微量Yb能形成含Yb的细小弥散相,因此提高T6态合金的再结晶温度,显著提高合金的应力腐蚀抗力和断裂韧性,并略微提高合金的强度和塑性。这些均匀分布于基体上的弥散相能强烈钉扎位错和亚晶界,抑制了再结晶形核,显著抑制了基体再结晶,保持形变回复组织。

复合添加微量Er,Y对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金板组织与力学性能的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、硬度测试和室温拉伸等分析技术研究了在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中复合添加微量稀土元素Er和Y对其组织与力学性能的影响。结果表明:在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中添加适量的Er和Y能显著抑制合金再结晶,延缓合金峰值时效的时间,增强合金时效强化的效果。在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中添加总量为0.4%(质量分数)的Er和Y能使合金轧制板的抗拉强度提高到624.4MPa,屈服强度达到602.9MPa,延伸率达12.5%,使合金轧制板具有较好的综合力学性能。

含Sc超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金均匀化处理

采用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析、X射线衍射分析和DSC差热分析等研究了含Sc超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金铸态与均匀化态的显微组织和成分分布。研究了均匀化动力学过程,导出了均匀化动力学方程。结果表明:合金铸态组织存在晶界偏析,Cu、Zn和Mg元素存在严重的晶界偏析。470℃×24h均匀化处理后,合金晶界变得细小稀疏,晶界上非平衡低熔点共晶相基本消除。由均匀化动力学方程,可得出合金的均匀化处理制度为470℃×22h,与实验结果(470℃×24h)基本相符。因此合金适宜的均匀化处理工艺为470℃×24h。

稀土Pr对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织和性能的影响

采用铸锭冶金法制备含稀土元素Pr的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金,并通过金相分析以及拉伸性能、晶间腐蚀和剥落腐蚀性能的测试研究价格相对低廉的Pr对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金显微组织、力学性能和腐蚀性能的影响。结果表明,添加稀土元素Pr能影响合金铸态组织中第二相的析出,并显著抑制合金在变形和热处理过程中再结晶的发生,在保持合金的强度及弹性模量的同时,改善合金抗晶间腐蚀和剥落腐蚀的性能,并提高合金的塑性。

新型Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金挤压棒材的超塑性行为研究

文章通过电子背散射衍射(EBSD)、宏观织构(Texture)、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段研究了一种热挤压Al-Zn-Mg-Cu-Zr棒材的超塑性行为和组织演变。试验结果表明,合金在470~510℃的温度范围和5×10^-4~5×10^-3 s^-1的应变速率范围内可以实现合金的超塑性(伸长率≥200%)。在490℃和5×10^-3 s^-1变形条件下,合金的动态软化机制以动态回复为主,但动态软化过程不够充分,随着变形程度的增加,HAGBs占比减小,形变织构强度增加。同时由于Al3Zr颗粒的存在,可以有效的钉扎晶界和位错,抑制热变形过程中再结晶的发生。此外,通过分析超塑性拉伸数据可知,Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的平均应变速率敏感性指数和平均变形激活能分别为0.2和187.7 kJ/mol。因此,主要的超塑性变形机制是晶格扩散协调的位错攀移。

微量Ti、Cr对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织与性能的影响

通过拉伸试验、晶间腐蚀与应力腐蚀实验,结合金相观察和高分辨透射电镜分析,研究微量Ti和Cr对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金弥散相、再结晶与性能的影响。结果表明:在Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中,添加0.04%Ti(质量分数,下同)可使合金抑制再结晶的能力降低,从而导致合金的力学性能和抗应力腐蚀性能降低;复合添加0.04%Ti和0.04%Cr,形成含有少量Cr的Al3(Zr,Ti)弥散相,合金抑制再结晶的能力显著增强,合金在保持高强度的同时,抗应力腐蚀性能显著提高,抗拉强度为687.6 MPa,屈服强度为651.4 MPa,比不含Ti和Cr的合金分别提高15.3 MPa和7.8 MPa,应力腐蚀裂纹萌生时间由161 h延长至306 h。

高压扭转变形的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金显微组织及织构

在380℃变形条件下对不同高径比的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金试样进行高压扭转实验,借助于EBSD和XRD技术分析变形Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的显微组织、第二相粒子和织构的演变规律。结果表明:在高压扭转过程中,大量第二相粒子从过饱和Al基体中脱溶析出,显微组织明显细化,在部分三叉晶界处出现了细小的动态再结晶组织;材料织构强度随着高径比的减小而减弱;当高径比为0.20时,晶粒的择优取向方向也发生了明显变化,晶粒在<102>、<111>方向上出现了择优取向。

Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金加工图的构建及失稳分析

由含Zr的Al-Zn-Mg-Cu合金在不同变形条件下进行热压缩得到的真应力-真应变曲线,计算合金的热变形本构方程。基于动态材料模型构建合金的加工图,并分析功率耗散系数的变化和失稳区的范围。研究结果表明：该合金在热变形时存在2个失稳区,即低温失稳区（温度300-360℃、应变速率0.05-1 s-1）和高温失稳区（温度400-460℃、应变速率0.005-1 s-1）;在温度440-460℃,应变速率小于0.002 s-1的区域,最大功率耗散系数为0.52,该区域内的变形软化机制为动态再结晶。

钪对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织性能的影响

研究了微量钪对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织性能的影响,钪在铝合金中主要以2种形式的化合物存在,一种是合金凝固时从熔体中析出的一次Al3(Sc,Zr)相,另一种是合金铸锭均匀化时析出的二次Al3(Sc,Zr)相,前者是α(Al)晶粒细化剂,有效细化铸态晶粒,而二次Al3(Sc,Zr)粒子强烈钉扎晶粒内位错及亚晶界,有效阻止热轧、退火或固溶处理过程中合金再结晶。钪是产生强烈析出强化效应的合金元素,含0.30%Sc的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的抗拉强度和延性显著高于不加钪的铝合金。

Cr、Yb合金化对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金组织和断裂特征的影响

研究复合添加微量Cr、Yb、Zr对Al-Zn-Mg-Cu合金的显微组织和断裂特征的影响,分析其对合金韧化的作用机制。结果表明:在Al-Zn-Mg-Cu合金中复合添加Cr、Yb、Zr形成了含Cr、Yb、Zr的球形弥散相,这些均匀分布于基体上的弥散相能强烈钉扎位错和亚晶界,使基体保持形变回复组织,保持小角度晶界,抑制基体再结晶;T6态断裂机制主要为韧窝型穿晶断裂,与仅添加Zr相比,沿晶断裂抗力显著提高;晶界的无沉淀区(PFZs)较宽,且析出相在晶界呈明显不连续分布。