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Ag、Sc合金化及热处理工艺对7055铝合金的微观组织与性能影响研究

李海  
【摘要】:7055铝合金是Alcoa公司近年来开发出的一种新型超高强7000系铝合金,采用专利保护的T77处理工艺,降低了其应力腐蚀开裂倾向,同时保持高强度的优点,成功应用于Boeing777客机。然而国内关于7055铝合金的研究与开发尚处于刚起步阶段,因此深入开展7055铝合金热处理工艺以及相关微观组织研究十分必要。本文在国家973项目《提高铝材质量的基础研究》的支持下,借助金相、X射线衍射、扫描电镜和透射电镜等微观组织观察手段,以及显微硬度测试、电导率测量、力学性能测试等方法,详细研究了合金化和热处理工艺对7055合金微观组织与相关性能的影响,以期开发出具有自主知识产权的综合性能优良的7055铝合金及相关热处理工艺,为其实现工业化生产奠定坚实的基础。 添加少量Ag的7055铝合金铸造组织中,晶界和晶内分别形成AlZnMgCuAg和AlFeCuZn型化合物。晶内AlFeCuZn粒子在均匀化过程中不能完全消除,相反成为Mg和Ag原子阱,形成新的AlZnMgCuFeAg型化合物;Ag可以加快7055铝合金的早期时效硬化响应,并且提高析出相稳定性,推迟过时效软化;但过量Ag增加非平衡共晶相体积分数,消耗主合金元素,不利于提高合金强度。 Sc的添加,和Zr原子复合形成初生Al_3ScZr粒子。初生Al_3ScZr粒子作为形核核心,显著细化7055-0.2Sc合金铸态晶粒尺寸;激冷铸造过程中固溶的Sc和Zr原子在均匀化处理及随后的热变形过程中以共格二次Al_3ScZr粒子的形式析出,该二次粒子强烈钉扎变形组织,抑制固溶处理过程中再结晶和晶粒长大。7055-0.2Sc合金之所以能获得高于7055合金的力学性能,在于Sc的添加降低了铸态组织中难溶非平衡相的体积分数、提高基体中溶质原子过饱和度、细小弥散的二次Al_3ScZr粒子的弥散强化作用以及较小晶粒尺寸的细晶强化作用。 为了充分发挥RRA处理工艺优势,使其能够适合于工业应用,本文研究了预时效时间以及回归温度对无Ag和含Ag7055合金显微硬度、拉伸性能及微观组织的影响,研究结果表明,160℃、180℃回归时,含Ag的7055合金只有在120℃/12h预时效条件下,才出现回归早期硬度下降现象;延长预时效时间则不再出现;而不含Ag的7055合金在120℃/12h、18h、24h预时效条件下都出现了早期硬度下降现象。200℃回归时,三种合金都出现早期硬度下降;随着回归温度升高,回归硬度曲线上早期析出相回溶造成的硬度下降和后期析出相粗化造成


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