低温轧制与时效协同作用下6000系铝合金微观组织演变规律及高强耐IGC机制

Furhter applications of age hardenable Al-Mg-Si-Cu aluminum alloys in aerospace industry are resitricted due to the contradictory trend between high strength and susceptibility to intergranular corrosion(IGC). However, our early study has shown that simutaneaous improvement in both strength and resistance to IGC of the alloys can be achieved through cryorolling and ageing. In order to systematicly and profoundly understand the effect of the new treatment on age hardenable aluminum alloys, we will investigate the microstructural evolutions of 6000 aluminum alloys during preageing, cryorolling and reageing; establish the internal relationship between microstructures and mechanical behaviors and IGC susceptibility; discloruse the characteristic microstructures of the alloys with high strength and resistance to IGC and its formation mechanism; provide a set of optimised processing parameters for production of high performance 6000 aluminum alloys.At the presnt time, demestic and foreign studies on cryorolling focus on mechanical properties of metals and alloys,without involving IGC susceptibility of aluminum alloys. Additionally,it is of great importance in aerospce industry for simultaneous improvement in strength and resistance to IGC of 6000 aluminum alloys.

强度和晶间腐蚀（IGC）敏感性之间的矛盾，制约着6000系铝合金在航空工业中的广泛应用。本项目拟采用低温轧制与时效相结合的方法，深入研究预时效、低温轧制变形和再时效处理过程中6000系铝合金微观组织演变规律；建立合金力学行为、IGC敏感性与微观组织演变之间的定性、定量关系；揭示6000系铝合金高强耐IGC的微结构特征及形成机制；在上述研究基础上，优化出既提高强度又能消除IGC敏感性的工艺参数。目前，铝合金低温轧制研究侧重于拉伸性能的改善，而尚未涉及6000系铝合金IGC问题，因此，本项目具有较强的新颖性。此外，本项目相关研究成果，将为进一步提高6000系航空铝合金综合性能提供理论依据。

为了实现时效硬化型6000系铝合金高的强度与晶间腐蚀抗力的有机结合，本项目提出了所谓冷轧+时效的形变热处理方法，并通过静拉伸试验和加速腐蚀试验，研究了预时效析出状态、冷轧变形量、再时效温度和时间等工艺参数变化对典型6000系铝合金拉伸力学性能和晶间腐蚀敏感性的影响规律；在此基础上，进一步采用光学金相、透射电镜、扫描电镜、X射线衍射仪、X射线织构仪、电子背散射衍射等多种手段定性和定量分析晶粒尺寸、位错密度、析出相类型、数量和体积分数、织构类型与体积分数等微结构特征参数。研究成果如下：（1）基于常规铝加工工艺开发出的冷轧+时效形变热处理方法，能够显著提高6000系铝合金强度、保持良好塑性并改善其晶间腐蚀抗力。该形变热处理方法同样能提高2000系和7000系等时效硬化型铝合金强度和耐蚀性，具有较强的普适性；（2）在析出强化、位错强化、晶界强化等强化机制的定性和定量研究基础上，进一步研究了形变时效过程中织构特征的演变规律。冷轧造成形变织构增强、再结晶织构减弱，且在时效过程中基本保持不变，由此造成试样Taylor因子增大，这种织构强化效应是形变时效合金强化的重要组成部分；（3）冷轧合金进行时效处理能够改善延伸率。这种现象主要源于形变合金时效析出强化相，增加拉伸变形位错滑移阻力，而时效过程中回复造成的位错密度降低是合金延伸率增加的补充；（4）冷轧+时效形变热处理方法能够显著降低、甚至消除6000系铝合金晶间腐蚀敏感性。这一方面是因为冷轧变形造成晶界析出相破碎和间距增加、晶界应变不协调形成小尺寸晶粒，另一方面，再时效过程中基体位错阻碍溶质原子扩散进入晶界、晶界位错加速析出相粗化过程，这些因素都将造成晶界析出相呈现断续分布而降低其晶间腐蚀敏感性；（5）峰值时效6000系铝合金在过时效阶段能够发生晶间腐蚀点蚀晶间腐蚀的连续转变。这种腐蚀类型的转变源于过时效过程中晶界析出相降低界面能的粗化过程和吸收基体溶质原子的长大过程的相互竞争。