高断裂韧性Mg—Zn—Mg—Cu合金的制备

美国专利US2005 236075介绍了一种具有高断裂韧性的挤压态Mg—Zn—Mg—Cu合金的制备工艺。这种合金的成分（质量分数）Cu1．95％-2.3％、Mg1．9％-2．3％、Zn8．45％-9．4％、Zr0．05％-0．25％、Si≤0．15％、Fe≤0．15％、Mn≤0．1％．合金中还可以添加Cr0．05％-0．2％、Sc0．01％～0．1％、Ti0．01％～0．2％。

Al‑Zn‑Mg‑Cu系铝合金性能优化研究现状及发展趋势

Al⁃Zn⁃Mg⁃Cu系铝合金作为一种轻质高强结构材料,兼具优异的耐腐蚀能力和热加工性能,在航空工业中占据重要地位。热处理一直是Al⁃Zn⁃Mg⁃Cu系铝合金的研究重点,对提升合金强度、韧性和腐蚀性能的优化匹配发挥着巨大作用。新的制备技术能够突破传统合金化和热处理的局限,为提升Al⁃Zn⁃Mg⁃Cu系铝合金的综合性能提供新的路径,计算材料学的发展,进一步推动了合金的成分设计和工艺优化。本文介绍了热处理、增材制造技术及计算材料学对Al⁃Zn⁃Mg⁃Cu系铝合金组织和性能的影响,并对未来研究方向进行了展望。

均匀化退火对Al-8Zn-1.2Mg-1.5Cu合金显微组织和力学性能的影响

通过半固态电磁搅拌铸造法制备了Al-8Zn-1.2Mg-1.5Cu合金,并对其进行均匀化退火处理。采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、金属涡流电导仪和维氏硬度计等对合金组织和性能进行分析与测试。结果表明:铸态Al-8Zn-1.2Mg-1.5Cu合金的组织主要由α-Al基体和MgZn_(2)相组成,并存在严重的枝晶偏析;随着均匀化退火温度从400℃升高到460℃,粗大的网状枝晶组织逐渐消失,MgZn_(2)和非平衡共晶相逐渐溶入α-Al基体中,合金的硬度和电导率先增大后减小,在440℃退火保温12 h后硬度达到最大值,为134.8 HV0.3;在460℃均匀化退火时,随着保温时间从6 h增加到24 h,合金中的共晶组织不断溶解,硬度先增大后减小,在保温时间为18 h时达到最大值,为131.7 HV0.3,合金的电导率则是呈先下降再上升随后下降的趋势。

高强Al-Zn-Mg-Cu合金静态再结晶模型及组织演变

采用Gleeble 3800热模拟试验机对航空用Al-Zn-Mg-Cu合金的热变形行为进行了测试,对变形后的微观组织进行了表征,系统分析了静态软化行为,建立了静态再结晶动力学模型。结果表明:实验用航空Al-Zn-Mg-Cu合金的静态再结晶激活能为129162 J·mol^(-1),静态再结晶体积分数受变形温度、变形程度、变形速率的影响,且变形温度对静态再结晶影响最明显;变形速率一定时,变形温度越高,道次停留时间的影响越不明显;350℃低温变形后,α-Al基体晶粒内部仍存在大量的位错缠结;400℃中温变形后,位错运动能够充分进行,部分晶粒发生了再结晶;450℃高温变形后,基体晶粒基本全部完成了再结晶,基体晶粒内部发现5~25 nm尺寸范围的Al-Zn-Mg-Cu四元相粒子;对于不同热变形条件,模型预测值的误差在0.008~0.0625范围内,动力学模型的计算结果精确度较高。

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82μm,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。

Sc对Al-8.5Zn-2.3Mg-2.4Cu合金组织与性能的影响

研究了Sc对Al-8.5Zn-2.3Mg-2.4Cu合金组织与性能的影响。结果表明:Al-Zn-Mg-Cu铸态合金中添加Sc后,合金晶粒尺寸明显减小;Sc含量(质量分数)由0增加至0.4%时,合金晶粒尺寸由107.7μm减小至49.96μm,硬度由116.8HV增加至130.2HV。经大变形量热轧处理后进行470℃×1 h固溶处理发现,相较未添加Sc的合金,含Sc合金位错密度增大;添加0.4%Sc的合金再结晶率由92.4%降低至45.7%,合金的再结晶行为受到抑制。经120℃×24 h时效处理后,添加0.4%Sc的Al-Zn-Mg-Cu合金中观察到大量弥散分布的圆球状Al_(3)Sc粒子和短棒状η′(MgZn_(2))粒子,通过绘制与α(Al)共格或半共格的Al_(3)Sc-MgZn_(2)晶体结构模型,可推测出Al_(3)Sc粒子为η′(MgZn_(2))相提供异质形核位点,促进其形核,对合金时效析出强化有促进作用。

淬火冷却方式及宏观取向对Al-Zn-Mg-Cu合金力学性能的影响

以7050铝合金为研究对象,研究热处理状态(空冷时效与水冷时效)和宏观取向(与轧制方向成0°,45°,90°)耦合作用对合金力学性能的影响。结果表明:水冷时效态的样品中析出相细小均匀弥散,晶界无析出带较窄。在空冷时效态下,过饱和的溶质不仅会以半共格的Al3Zr为核心形成粗大析出相,还会沿位错大量析出。此外,与水冷时效态相比,空冷时效态晶界相尺寸大幅增加,晶界无析出带显著宽化,不同宏观取向样品的强度和伸长率都明显下降。宏观取向对两种状态样品强度的差值影响较小,但对伸长率的差值影响较大。当拉伸方向与轧制方向成45°方向时,空冷诱导的伸长率下降幅度最小;当拉伸方向与轧制方向成90°时,下降幅度最大。

高强高韧耐腐蚀Al-Zn-Mg-Cu合金时效工艺研究进展

介绍了Al-Zn-Mg-Cu系列高强铝合金的发展历程,归纳了Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的时效处理工艺、时效析出相的组织特点及其对铝合金强度和腐蚀性能的影响。针对目前工艺过程并结合实践应用的要求,提出了未来Al-Zn-Mg-Cu系铝合金时效处理工艺研究和开发需要关注的问题。

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。

高Zn含量Al-Zn-Mg-Cu系合金的热处理技术研究综述

综述了高Zn含量(质量分数不小于7%)Al-Zn-Mg-Cu系合金的研究现状,重点介绍了高Zn含量Al-Zn-Mg-Cu系合金热处理技术(均匀化处理、固溶处理、时效处理及形变热处理)的研究近况,阐述了不同热处理技术对高Zn含量Al-Zn-Mg-Cu系合金组织性能的影响机制,展望了高Zn含量Al-Zn-Mg-Cu系合金发展趋势及前景,旨在为Al-Zn-Mg-Cu合金综合性能的提升及铝合金材料产业的持续发展提供参考。

均匀化对Al-Zn-Mg-Cu合金第二相与晶粒尺寸的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)表征,研究了均匀化过程中Al-Zn-Mg-Cu合金的微观组织演变。结果表明,铸态合金晶界中存在大量难溶相Al7Cu2Fe及非平衡共晶相Mg(Zn,Cu,Al)2、Al2CuMg相,在经过420℃/8 h的单级均匀化处理后,部分难溶相和非平衡共晶相回溶到基体中,但还存在大量枝晶偏析,继续进行470℃/36 h第二级均匀化后,非平衡共晶组织和枝晶偏析完全消除。合金的平均晶粒尺寸在两个阶段的均匀化中呈现随时间延长而增加的趋势,基体中残留相及共晶组织的面积分数随保温时长增加而减小,第二级均匀化达到36 h时,相面积分数仅为0.34%,表明均匀化已经非常充分。经过均匀化动力学分析,得出在第二级均匀化温度为470℃时,第二相充分回溶所需保温时间约为37 h,与均匀化的实验结果吻合。

HPT工艺参数对Al-Zn-Mg-Cu合金强韧化机理研究

针对A1-Zn-Mg-Cu合金进行了HPT变参数正交实验,以探讨HPT工艺参数对合金力学性能的影响。通过多角度力学性能测试,包括抗拉强度和延伸率等,与常温试件的力学性能进行了比对,分析了变化规律;利用SEM对A1-Zn-Mg-Cu合金在高温下的断口形态进行观察,以揭示高温高压下A1-Zn-Mg-Cu合金的破坏机制。研究内容将为该技术在工业上的推广与应用奠定一定的理论与技术基础。

Sc含量对Al9.0Zn2.5Mg2.2Cu0.2Zr合金铸态组织的影响

本文研究了Sc添加量对Al9.0Zn2.5Mg2.2Cu0.2Zr合金铸态组织的影响。结果表明,微量Sc与Zr协同可形成Al_(3)(Sc,Zr)第二相,在铸造过程中具有促进非均质形核、细化铸态晶粒的作用,并对合金共晶组织有明显的变质作用。但铸态合金中部分可达微米级初生Al_(3)(Sc,Zr)第二相对合金的加工性能和力学性能易产生不良影响。

纳米改性Al-Zn-Mg-Cu合金电弧熔丝增材成形工艺及组织和性能

采用电弧熔丝增材制造技术(WAAM)对纳米改性Al-Zn-Mg-Cu合金进行成形试验,分析了焊接电流、焊接速度、沉积路径、层间等待时间对成形性能的影响.结果表明,在焊接电流190 A、焊接速度350 mm/min、往复沉积、层间等待时间为90 s时合金具有良好的成形性能.对制备的直壁墙体进行了沉积后热处理,对不同状态合金的组织和性能进行了研究.沉积态及热处理态合金显微组织均具有优异的各向同性,由细小的、无明显取向的等轴晶组成.T6处理显著提高了沉积态合金的硬度及力学性能,T6处理后平均硬度为178.3 HV,较沉积态提升61%,沿横向抗拉强度(Rm)、屈服强度(R_(eL))与断后伸长率(A)分别为469.7(±5.1)MPa,366.3(±1.4)MPa与6.4(±0.4)%,沿纵向抗拉强度(Rm)、屈服强度(R_(eL))与断后伸长率(A)分别为454.3(±18.8)MPa,364.7(±16.7)MPa与5.9(±0.5)%,具有良好的力学性能各向同性.

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)。

不同预时效挤压态Mg−Gd−Y−Zn−Zr合金的再结晶行为和强化机制

通过控制预时效时间制备3种不同状态的试样,研究不同预时效状态对挤压态Mg−9.5Gd−4Y−2.2Zn−0.5Zr(质量分数,%)合金的动态再结晶行为(DRX)和性能的影响。结果表明,欠时效挤压(UAE)样品的细晶体积分数为17.4%,而峰时效挤压(PAE)和过时效挤压(OAE)样品的细晶体积分数分别达到89.7%和50.4%。在晶粒内部和晶界处分布的致密、细小的β颗粒相通过粒子激发形核机制显著提高了形核位点和位错密度。然而,致密针状γ'相抑制位错滑移,延迟DRX形核。PEA和OAE样品中细小晶粒的差异归因于原始颗粒相的数量和尺寸的不同,而其拉伸性能的差异归因于不同的显微组织。由于晶界强化和析出强化机制的贡献更大,PAE样品具有更优异的拉伸性能。

熔体冲击法增材制造技术对高合金化Al-Zn-Mg-Cu合金组织的影响

利用直读光谱分析仪、金相显微镜、扫描电镜、能谱仪等检测设备,探究熔体冲击法增材制造高合金化Al-Zn-Mg-Cu合金铸锭的组织特性。研究结果表明:相比于浇铸铸锭,熔体冲击法获得的打印铸锭在高度方向上具有更均匀的成分;晶粒尺寸细小,晶粒形貌由树枝晶转变为等轴晶或等轴枝晶;主合金元素Zn、Mg、Cu的晶内固溶量明显提高,晶界上的第二相明显减少;在同样的均匀化退火温度下,打印铸锭可以在更短的时间达到理想的效果,从而可降低成本,提高生产效率。

超高强Al-Zn-Mg-Cu系合金板材研究

利用金相显微镜、扫描电镜、拉伸试验机研究了超高Zn、Mg含量和微量Sc、Sm稀土元素对Al-Zn-Mg-Cu系合金板材微观组织和力学性能的影响。研究结果表明:板材强度随Zn、Mg元素含量的增加而提高;添加微量Sm元素对细化晶粒没有效果,且在基体中形成不能消除的含Sm第二相,对性能不利;Sc可有效细化铸锭晶粒,抑制再结晶,并显著提高板材强度,Sc元素添加量达到w(Sc)=0.2%可使板材屈服强度提升59 MPa,抗拉强度提升51 MPa;在高合金化的基础上复合添加w(Zr)=0.12%和w(Sc)=0.2%,板材屈服强度可达726 MPa,抗拉强度可达752 MPa。

超声振动对Al-Zn-Mg-Cu合金时效组织和性能的影响

基于自制的超声振动装置对Al-Zn-Mg-Cu合金进行超声振动时效,采用室温拉伸试验、显微硬度测试、电导率测试、金相显微镜和扫描电子显微分析(SEM)等手段,采用单因素实验设计研究超声振动时效时间和时效制度对Al-Zn-Mg-Cu合金组织与性能的影响。结果表明:施加超声振动促进析出相的生长,随着超声振动时效时间的延长,合金电导率逐渐升高,硬度和抗拉强度逐渐降低,伸长率略微增加。金相分析表明超声振动的激振应力切割粗大的第二相粒子,使得黑色颗粒变小,最后溶解或消失。施加超声振动对晶粒大小、形状和数量无明显影响。同时激振应力使得位错塞积开通,降低位错密度,降低残余应力。通过SEM显微镜对拉伸断口观察发现随着施加超声振动时间的延长,韧性断裂的特征更明显,韧窝数量显著增多,韧窝尺寸变大,深度变深。