本文關(guān)鍵詞：艦船用含Zn5xxx系鋁合金的抗腐蝕機理及板材開發(fā)

  更多相關(guān)文章： Al-Mg合金 穩(wěn)定化處理 晶間腐蝕 應(yīng)力腐蝕 控溫軋制

【摘要】：5xxx系鋁合金由于耐腐蝕性好而廣泛應(yīng)用于運輸與交通等工業(yè)。隨著經(jīng)濟的發(fā)展,人們對鋁合金的強度要求越來越高,合金中Mg的含量也越來越高,但是當(dāng)合金中Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過3.5%時,合金在50-C使用時有發(fā)生晶間腐蝕的傾向。因此,如何在提高合金強度的同時保持合金優(yōu)異的抗腐蝕性能,滿足現(xiàn)代船舶制造對鋁合金材料提出的更高要求,是目前亟待解決的關(guān)鍵性問題。本文通過優(yōu)化合金成分以及加工工藝,顯著提高了合金的強度。利用美標(biāo)ASTM G67與ASTM G66標(biāo)準(zhǔn)對合金敏化前后的晶間腐蝕以及剝落腐蝕進行測試,合金的抗腐蝕性能得到明顯提高。同時對Zn元素含量、穩(wěn)定化處理工藝以及控溫軋制對合金的力學(xué)性能和抗腐蝕性能產(chǎn)生的影響進行了研究。通過掃描電鏡、電子背散射技術(shù)和透射電鏡對新型合金的組織進行了詳細(xì)的觀察和表征,結(jié)合高分辨電鏡以及掃描電鏡技術(shù)對析出相的形貌、結(jié)構(gòu)進行了觀察和分析。所獲得的創(chuàng)新性結(jié)果如下：開發(fā)出一種新型含 Zn 的 5xxx 系鋁合金成分：(5.5～6.0)Mg-(0.9‖1.2)Zn-(0.6～1.0)Mn-(0.05～0.25)Zr-0.15Ti-(0.1～0.2)Cu-0.1Cr-0.25Fe-0.2Si(wt.%),通過優(yōu)化合金的均勻化、軋制、再結(jié)晶、穩(wěn)定化等工藝,制備出比AA5059-H321態(tài)合金力學(xué)性能以及抗腐蝕性能更優(yōu)異的板材,現(xiàn)已將合金成分提供給中鋁集團進行工業(yè)化試生產(chǎn)；冷作硬化態(tài)的5xxx系鋁合金在服役過程中由于Al3Mg2相的析出而出現(xiàn)“時效”軟化,穩(wěn)定化處理可以避免這種現(xiàn)象產(chǎn)生同時降低合金對腐蝕的敏感性。隨著穩(wěn)定化時間的延長,組織中Al3Mg2相析出數(shù)量增多導(dǎo)致合金硬度降低。合金穩(wěn)定化溫度的選擇與穩(wěn)定化處理前所處的狀態(tài)密切相關(guān)。合金在10%的冷變形條件下,低溫穩(wěn)定化處理導(dǎo)致合金發(fā)生回復(fù),但是回復(fù)程度較低,此時組織內(nèi)位錯等缺陷多,有利于Mg原子進行管道擴散,敏化后的合金對晶間腐蝕敏感；在250*C時,合金開始再結(jié)晶導(dǎo)致硬度與屈服強度降低明顯,同時,組織中的位錯以及形變儲存能降低,Mg原子的擴散能壘增高,使富Mg相在組織內(nèi)均勻析出,合金的抗晶間腐蝕能力強；合金中Zn含量在0-1.0%范圍內(nèi),合金的抗晶間腐蝕和抗應(yīng)力腐蝕能力隨著Zn的增加而提高。利用透射電鏡以及掃描透射電鏡對晶界相的化學(xué)成分以及形貌進行觀察,發(fā)現(xiàn)Zn改變了析出相種類以及在組織內(nèi)分布位置。在含Zn合金中,晶界析出相Al3Mg2被Mg32(Al Zn)49取代,通過對多條晶界進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),隨著Zn含量升高,合金的晶界相的連續(xù)性降低,無析出相晶界條數(shù)增多。在未添加Zn元素的Al-Mg合金中觀察到晶間腐蝕的陽極溶解導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕裂紋的擴展,背散射技術(shù)發(fā)現(xiàn)合金的小角度晶界數(shù)量隨著Zn含量的增加而增加,而晶粒尺寸降低；為了節(jié)約能源,縮短加工流程,本論文嘗試開發(fā)出適用于新型合金的控溫軋制工藝,希望通過控制合金的軋制工藝獲得傳統(tǒng)工藝下的力學(xué)性能和腐蝕性能。合金的實驗溫度控制在210℃、250℃、290℃、310℃,變形量分別為40%、60%、80%,所獲的力學(xué)性能都比傳統(tǒng)工藝的要高,而晶間腐蝕失重量卻上升不明顯。控溫軋制的板材在敏化后的晶間腐蝕失重是傳統(tǒng)工藝下的幾倍,在板材溫軋過程中,由于軋制溫度低、變形阻力大、板材較薄導(dǎo)致產(chǎn)生了大量的剪切帶,這種剪切帶是由位錯組成,讓大量的析出相在敏化過程中析出。綜合考慮板材的力學(xué)與抗腐蝕性能,獲得控溫軋制的最優(yōu)溫度為250℃,變形量為40%-60%。
【關(guān)鍵詞】：Al-Mg合金 穩(wěn)定化處理 晶間腐蝕 應(yīng)力腐蝕 控溫軋制
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U674.704
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 引言12-15
• 2 文獻綜述15-42
• 2.1 5xxx系船用鋁合金的特征15-16
• 2.2 5xxx系鋁合金使用狀態(tài)16-17
• 2.3 Al-Mg合金中析出相17-24
• 2.3.1 析出相序列17-20
• 2.3.2 合金元素對析出相的影響20-21
• 2.3.3 晶界結(jié)構(gòu)對析出相的影響21-22
• 2.3.4 熱處理工藝對析出相的影響22-24
• 2.4 合金元素對5xxx系鋁合金組織和性能的影響24-29
• 2.4.1 主要合金元素影響24-27
• 2.4.2 微量元素影響27-28
• 2.4.3 有害元素影響28-29
• 2.5 5xxx系鋁合金強化機制29-31
• 2.6 5xxx系鋁合金腐蝕類型31-36
• 2.6.1 點腐蝕32-33
• 2.6.2 晶間腐蝕33-35
• 2.6.3 剝落腐蝕35-36
• 2.6.4 應(yīng)力腐蝕36
• 2.7 鋁合金的控溫軋制36-38
• 2.8 本文研究的工作38-42
• 2.8.1 研究內(nèi)容38-39
• 2.8.2 研究目的與意義39-40
• 2.8.3 研究方案40-42
• 3 實驗材料和方法42-51
• 3.1 實驗原材料42
• 3.2 實驗方法42-51
• 3.2.1 相圖計算42
• 3.2.2 合金的熔鑄與軋制42-43
• 3.2.3 熱處理43-44
• 3.2.4 組織結(jié)構(gòu)分析和形貌觀察手段44-47
• 3.2.5 力學(xué)性能測試47
• 3.2.6 腐蝕性能47-51
• 4 新型5xxx系鋁合金成分設(shè)計與工藝優(yōu)化51-79
• 4.1 5xxx系鋁合金成分設(shè)計51-55
• 4.2 5xxx系鋁合金熔煉工藝55
• 4.3 5xxx系鋁合金板材工藝優(yōu)化55-78
• 4.3.1 合金均勻化工藝優(yōu)化55-60
• 4.3.2 合金板材熱軋工藝優(yōu)化60-64
• 4.3.3 再結(jié)晶退火工藝64-67
• 4.3.4 冷變形工藝的設(shè)計67-70
• 4.3.5 穩(wěn)定化工藝優(yōu)化70-77
• 4.3.6 預(yù)拉伸工藝77-78
• 4.4 本章小結(jié)78-79
• 5 新型5xxx系鋁合金相與性能分析79-92
• 5.1 Al-Mg-Zn合金中相觀察79-85
• 5.2 5xxx系鋁合金力學(xué)性能85-86
• 5.3 合金的腐蝕性能86-91
• 5.3.1 合金的晶間腐蝕性能86-89
• 5.3.2 合金剝落腐蝕性能89-91
• 5.4 本章小結(jié)91-92
• 6 元素Zn對5xxx系鋁合金腐蝕性能的影響92-116
• 6.1 元素Zn對Al-Mg合金晶間腐蝕性能影響92-103
• 6.1.1 實驗方法92-93
• 6.1.2 實驗結(jié)果93-100
• 6.1.3 實驗討論100-103
• 6.2 元素Zn對Al-Mg合金應(yīng)力腐蝕的影響103-114
• 6.2.1 實驗方法103
• 6.2.2 實驗結(jié)果103-111
• 6.2.3 實驗討論111-114
• 6.3 本章小結(jié)114-116
• 7 H-temper軋制工藝的探討116-126
• 7.1 原材料與實驗工藝117-120
• 7.2 實驗結(jié)果120-123
• 7.2.1 板材力學(xué)性能120-121
• 7.2.2 晶間腐蝕與剝落腐蝕121-123
• 7.3 組織觀察123-125
• 7.4 本章小結(jié)125-126
• 8 結(jié)論與展望126-128
• 8.1 結(jié)論126-127
• 8.2 創(chuàng)新點127
• 8.3 展望127-128
• 參考文獻128-140
• 作者簡歷及在學(xué)研究成果140-144
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集144

【共引文獻】

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本文編號：583407