alznmgcu合金时效成形机理及组织性能分析word格式论文.docx

哈尔滨工业大学工学博士学位论文 优秀毕业论文 精品参考文献资料 摘 要 时效成形技术是一种先进的整体壁板制造技术，广泛地应用于航空航天领 域。本文主要研究内容包括：研究了 Al-Zn-Mg-Cu 合金在 120°C、160°C 和 200°C 的应力松弛行为，以此获得该合金时效成形过程中的变形机理；利用自己设计 的单曲率圆柱面模具对铝合金轧板进行了实际的时效成形加工；运用 EBSD、 SEM、TEM(HRTEM)、DSC 等技术分析了该铝合金在时效成形过程中的微观组 织变化；比较了经过传统时效和时效成形处理后铝合金试样内微观组织的区别； 比较了传统时效铝合金试样和时效成形铝合金试样的力学性能和腐蚀性能的区 别；讨论了时效成形引起得铝合金微观组织的变化对该合金力学性能和腐蚀性 能的影响，以此推论出时效成形技术的优点。得到以下研究成果： Al-Zn-Mg-Cu 合金的应力松弛行为可以分为三个阶段：a)应力快速下降阶 段；b)应力缓慢衰减阶段；c)应力保持相对恒定阶段。Al-Zn-Mg-Cu 合金应力 松弛行为受到温度和原始组织的影响显著。应力松弛极限随着温度的升高而降 低；在相同温度下不同原始组织 Al-Zn-Mg-Cu 合金应力松弛极限的顺序为：固 溶态欠时效态峰时效态过时效态。通过分析 Al-Zn-Mg-Cu 合金应力松弛行 为的特征和求解剩余应力率的泰勒解析式得到该合金在 120°C-200°C 范围内的 应力松弛经验公式，利用该经验公式能很好地预测时效成形后试样的回弹率。 Al-Zn-Mg-Cu 合金在 120°C-200°C 范围内，应力松弛的不同阶段存在不同 的变形机理：当应力松弛处于高应力阶段时，合金的变形激活能为 132kJ/mol， 变形机制为位错运动蠕变；当应力松弛处于处于低应力阶段时，合金的变形激 活能为 91kJ/mol，变形机制为晶界滑移的 Coble 蠕变。该合金在 120°C-200°C 范围内应力松弛，析出相与位错蠕变的交互作用产生特殊的槛应力现象。该槛 应力随着温度的升高而降低，随着析 出相的尺寸增大而增大。确定了 Al-Zn-Mg-Cu 合金时效成形过程中的变形机制。 Al-Zn-Mg-Cu 合金在 120°C-200°C 温度范围内进行时效成形，变形过程中 的位错蠕变和 Coble 蠕变导致合金内晶粒形貌和取向的变化。晶粒沿着应力方 向拉长??并朝着稳定的取向转动，生成变形织构。 时效成形过程中外加应力促使析出相形核长大，晶界无析出带变宽，这是 由于外加应力场能够降低析出相的形核能，同时促进固溶原子的扩散。但是应 力促进析出的效果随着时间的延长逐渐减弱，这归因于时效成形过程中外加应 力随着时间延长不断衰减。与 Al-Cu 系合金时效成形相比，在 Al-Zn-Mg-Cu 合 - I - -  PAGE 4 - - III - 金时效成形过程中没发现析出相的应力位向效应。 时效成形试样与传统时效试样的室温拉伸性能的对比分析表明：时效成形 会降低 Al-Zn-Mg-Cu 合金的延伸率。经过时效成形处理后 Al-Zn-Mg-Cu 合金的 晶粒沿着应力方向拉长，导致晶粒尺寸不均匀，产生局部塑性变形和残余应力， 这四个因素共同作用导致合金变形协调性下降，延伸率降低。时效成形降低合 金的延伸率与传统冷加工工艺降低合金延伸率的原因类似，但是程度要轻很多。 利用回归再时效(RRA)方法改进的时效成形工艺能够提高 Al-Zn-Mg-Cu 合金的 力学性能。 剥落腐蚀，浸泡腐蚀试验都显示时效成形处理后 Al-Zn-Mg-Cu 合金的抗腐 蚀能力低于同条件下的传统时效的合金。时效成形降低 Al-Zn-Mg-Cu 合金腐蚀 抗力的原因是：时效成形生成的扁长晶粒、部分异常粗大的晶粒提高了合金的 沿晶腐蚀敏感性；时效成形过程中外加应力场促使析出相粗化和晶界无析出带 (PFZ)的宽化，引起晶界处化学成分起伏严重，电势差异加剧，从而也增高了铝 合金沿晶腐蚀开裂敏感性；时效成形后合金内存在的残余应力导致腐蚀过程合 金表面钝化膜容易破裂，减弱了对腐蚀的延缓作用。与时效成形相比，传统冷 弯成形技术会导致合金内残余应力更高，组织变化更显著，从而严重降低合金 的腐蚀性能。弥补了国内外对时效成形对铝合金腐蚀性能影响研究的不足。利 用回归再时效(RRA)方法改进的时效成形工艺能够提高 Al-Zn-Mg-Cu 合金的腐 蚀性能。 关键词：Al-Zn-Mg-Cu 合金；时效成形；应力松弛；微观组织；力学性能；腐 蚀性能 哈尔滨工业大学工学博士学位论文 Abastract Abstract The age-forming technology of an Al-Zn-Mg-Cu alloy, which is an advanced