弹性应力时效改变高强度铝合金析出相分布的机制研究

在前期工作基础上，设计加工应力时效炉，在弹性应力场中对7075铝合金进行溶质偏聚和沉淀相行为研究。①对合金进行弹性拉、压应力场中时效实验，用Auger谱仪、纳米束STEM-EDS测量溶质偏聚动力学曲线，对比研究拉/压应力场中晶界溶质富/贫化的规律； ②应用XRD和TEM分析方法，研究溶质偏聚对晶界沉淀相（GBP）和晶界无沉淀区（PFZ）尺寸与分布特征的影响；③用应力时效取代传统峰值时效，把时间由几十小时降低到1小时，同时提高合金的强度、韧性和抗应力腐蚀（RSC）性能；④应用SEM原位观察方法研究时效合金应力腐蚀断裂的动态过程与机制。. 综合分析实验结果，研究确定弹性压应力场中高强度铝合金晶界溶质贫化机制、消除GBP和PFZ机制以及合金强度和RSC性能同时提高的机制。. 完成本项目可以拓展对机械应力场作用和溶质非平衡偏聚的研究、开发高强度铝合金性能、实现铝合金低碳时效。

摘 要.. 设计加工了应力时效炉，对7075、6061铝合金、高Si含量Al-Zn-Mg-Cu合金和AZ80镁合金进行不同应力、温度和时间的时效处理。对时效合金进行性能测试；用XRD、TEM、SEM-EDS和Auger等方法对试样进行分析，取得了多项结论。.7075铝合金在弹性压应力场中120℃×60min时效，其硬度达到T6处理水平。组织观察表明应力时效消除了PFZ，抑制了晶界析出相，是溶质在压应力下发生晶界非平衡偏聚所致。经403K×1h×25MPa拉应力时效，屈服强度344MPa，硬度158HV和延伸率20.7%；裂纹应力腐蚀扩展速率降低到T6的1/3Z左右。应力时效时大量似η′析出相取代GPII区，拉应力促进了η′析出相的形成，抑制了η稳定相的形成，提高了应力腐蚀性能，缩短了时效周期，有利于节能减排。.高Si含量Al-Zn-Mg-Cu合金40MPa拉应力时效1h后抗拉强度为362MPa，接近该合金T6时效状态（378MPa）。其在腐蚀介质中慢速拉伸实验中延伸率的降低是T6时效状态的1/8。晶内析出相细小弥散，晶界析出相不连续分布。计算表明：外加拉应力使Al基体晶格常数增大，缩小了与GP区的晶格常数之间的差距，减少了铝基体内形成GP区所需要的能量，促进了拉应力状态下析出相形核。晶界析出相的断续分布，Si原子偏聚程度为T6状态的1.89倍，有效的提高了抗应力腐蚀性能。.6061铝合金合拉应力22.5MPa×1h×240℃时效，合金的硬度、屈服强度和抗拉强度达到最大分别为123.7HV、327.4MPa和354.0MPa，伸长率为19.8%。同比无应力时效均有提高。晶内析出相主要为β″相，尺寸为40nm~80nm；并析出无应力时效中不存在的CuAl2相，同时PFZ的宽度同比无应力时效变窄。合金取得最佳综合力学性能，相比传统T6时效，可缩短热处理时间降低能耗。.AZ80镁合金拉应力45MPa×6h×220℃时效，合金获得了最佳的综合力学性能，硬度、屈服强度和抗拉强度分别为82 HV、90.9 MPa和189.3 MPa，延伸率为5.7%，各项性能均优于相同温度和时间下无应力时效处理合金。合金性能的提高源于弹性拉应力促进了溶质原子的扩散，晶界等畸变能较高处俘获溶质原子，促进了不连续析出相形核及长大，同时细化了在晶内弥散分布的连续析出相。