發(fā)布時(shí)間：2018-08-25 16:35

【摘要】：本課題以A7N01鋁合金的標(biāo)準(zhǔn)成分為基礎(chǔ),通過(guò)自行設(shè)計(jì)合金元素的成分范圍以及梯度摻雜微量Ce元素的試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)5種不同稀土含量的A7N01-T5鋁合金。對(duì)各合金的鑄態(tài)和擠壓棒材進(jìn)行顯微組織觀察、晶粒尺寸比較、析出相成分分析以及各項(xiàng)基本力學(xué)性能分析。通過(guò)剝落腐蝕、開(kāi)路電位、動(dòng)電位極化以及交流阻抗等試驗(yàn)研究稀土鋁合金無(wú)應(yīng)力條件下的局部腐蝕行為。并采用電化學(xué)噪聲技術(shù)監(jiān)測(cè)稀土鋁合金C環(huán)應(yīng)力腐蝕的開(kāi)裂過(guò)程。試驗(yàn)結(jié)果表明,Ce元素能明顯細(xì)化A7N01鋁合金的晶粒大小,影響第二相的分布和形態(tài),使鑄態(tài)晶粒尺寸由183.7μm細(xì)化至54.2μm,由于Ce元素在鋁合金中的固溶度小,偏聚在晶界處,形成一種含Ce的脆性結(jié)晶相,在軋制過(guò)程中被擠碎后沿著晶界零散分布,因其尺寸較大,易使晶格扭曲從而形成大量位錯(cuò),阻礙晶界的運(yùn)動(dòng),加大該處的過(guò)冷度,提升了晶粒的形核速率,同時(shí)在已成形的晶粒表面生成一層活性膜,阻礙晶粒的繼續(xù)長(zhǎng)大,進(jìn)而達(dá)到細(xì)化晶粒的效果。但當(dāng)Ce元素加入過(guò)量時(shí),使其首先在合金中形成大量的金屬間化合物,降低了 Ce元素在晶界處的偏聚量,減弱了這種成分過(guò)冷的作用,合金組織又開(kāi)始逐漸粗化。而且該稀土結(jié)晶相是硬脆相,在塑性變形過(guò)程中作為裂紋源,引發(fā)裂紋生長(zhǎng),嚴(yán)重的降低合金的韌性以及延伸率。所以未添加Ce元素的C1合金的基本力學(xué)性能均為最好,而添加0.3%Ce元素的C4合金,因細(xì)晶強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化作用使其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及硬度僅次于C1合金,但同時(shí)因?yàn)榫?nèi)析出相以及含Ce稀土相對(duì)位錯(cuò)的釘扎作用,會(huì)使位錯(cuò)在這些相周圍塞積嚴(yán)重,使晶內(nèi)存在大量的位錯(cuò)對(duì)和位錯(cuò)纏結(jié),應(yīng)力集中較大,降低了其韌塑性,使C4合金的延伸率以及沖擊韌性都達(dá)到最小值。在A7N01鋁合金中,η相的電位比鋁基體的電位低,作為陽(yáng)極發(fā)生溶解,腐蝕嚴(yán)重。適量Ce元素的添加,減少了晶界上η相的數(shù)量,晶界析出相變得更加粗化和斷續(xù)分布,不易形成連續(xù)的粗大鏈狀物,使合金的PFZ窄化,有效地阻止了腐蝕活性通道,降低了腐蝕的敏感性。且Ce元素極易與腐蝕液中的O2-發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成致密的含Ce鈍化層,降低了 Cl-對(duì)鋁合金表面的點(diǎn)蝕破壞,能有效的阻止合金的進(jìn)一步腐蝕。同時(shí)Ce元素與H有較大的親和力,能大量的吸附以及溶解H,減輕H原子在缺陷處聚積,從而降低了 SCC敏感性。而當(dāng)Ce元素添加過(guò)量時(shí),形成的含Ce金屬間化合物缺失了 Ce元素的保護(hù)性。適量Ce元素的添加能使剝蝕的等級(jí)從EC+級(jí)提高到PC級(jí),開(kāi)路電位從-0.9227V提高到-0.9003V,極化曲線腐蝕速率從0.940mm/a降低到0.235mm/a,點(diǎn)蝕電阻從4394Ω·cm2提高到16260Ω.cm2,有效的提高了稀土鋁合金無(wú)應(yīng)力條件下的耐腐蝕性能。電化學(xué)噪聲電位信號(hào)能準(zhǔn)確的表征試樣表面點(diǎn)蝕的發(fā)生、鈍化膜的修復(fù)以及裂紋的萌生和擴(kuò)展過(guò)程。時(shí)域譜分析表明C1、C5合金在NaCl-HCl溶液中浸泡62小時(shí)后開(kāi)始出現(xiàn)規(guī)律的、等時(shí)間間距的噪聲峰,且隨著時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng),這種規(guī)律的階躍變得更加明顯和規(guī)律,而PDS曲線上也開(kāi)始對(duì)應(yīng)在高頻部分由閃爍噪聲轉(zhuǎn)變?yōu)榘自肼?表明裂紋開(kāi)始生長(zhǎng)并擴(kuò)展,而C2、C3、C4合金未出現(xiàn)這種階躍和白噪聲,同時(shí)結(jié)合每個(gè)時(shí)間段的體視形貌驗(yàn)證了試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。A7N01稀土鋁合金的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是陽(yáng)極溶解為主,氫脆加速的共同結(jié)果。
[Abstract]:Based on the standard composition of A7N01 aluminium alloy, five kinds of A7N01-T5 aluminium alloys with different rare earth contents were designed by means of self-designed composition range of alloy elements and gradient doping method of trace Ce. The microstructure of as-cast and extruded bars were observed, the grain size was compared, and the precipitated phase composition was analyzed. The local corrosion behavior of RE-Al alloy under stress-free condition was studied by stripping corrosion, open circuit potential, potentiodynamic polarization and AC impedance. The cracking process of RE-Al alloy C-ring stress corrosion was monitored by electrochemical noise technique. The results show that Ce can refine A7N01 aluminum obviously. The grain size of the alloy affects the distribution and morphology of the second phase and refines the grain size from 183.7 micron to 54.2 micron. Because of the small solid solubility of Ce element in the aluminum alloy, it is segregated at the grain boundary and forms a brittle crystalline phase containing Ce. It is dispersed along the grain boundary after being crushed during rolling because of its large size and easy to distort the lattice. As a result, a large number of dislocations are formed, the movement of grain boundaries is hindered, the undercooling of the grain is increased, the nucleation rate of the grain is increased, and a layer of active film is formed on the surface of the formed grain, which hinders the continuous growth of the grain and refines the grain. Compounds reduce the segregation of Ce at grain boundaries, weaken the supercooling effect of this component, and the alloy microstructure begins to coarsen gradually. Moreover, the rare earth crystalline phase is hard and brittle, which acts as a crack source during plastic deformation, causing crack growth and seriously reducing the toughness and elongation of the alloy. The basic mechanical properties of gold are all the best. The tensile strength, yield strength and hardness of C4 alloy with 0.3% Ce addition are only inferior to those of C1 alloy because of fine grain strengthening and second phase strengthening, but the dislocation around these phases will be heavily plugged due to the precipitation and pinning effect of rare earth containing Ce. In A7N01 aluminum alloy, the potential of_phase is lower than that of the aluminum matrix, which is used as anode to dissolve and corrode seriously. The boundary precipitation phase transformation is coarser and more discontinuous, and it is difficult to form continuous coarse chains, which narrows the PFZ of the alloy, effectively prevents the corrosive active channel and reduces the corrosion sensitivity. At the same time, Ce has a greater affinity with H, can adsorb and dissolve H, reduce the accumulation of H atoms in the defect, and thus reduce the SCC sensitivity. The corrosion resistance of RE-Al alloy under stress-free condition is improved effectively by raising the grade of denudation from EC + to PC, increasing the open-circuit potential from -0.9227V to -0.9003V, decreasing the corrosion rate of polarization curve from 0.940mm/a to 0.235mm/a, and increasing the pitting resistance from 4394_.cm2 to 16260.cm2. Time domain spectroscopic analysis showed that after soaking in NaCl-HCl solution for 62 hours, the noise peaks of C1 and C5 alloys appeared regularly with equal time intervals, and the step of the regularity became more obvious and regular with the time prolonging, while the PDS curves were observed. At the same time, the experimental results were verified by the stereo morphology of each time period. The stress corrosion cracking of A7N01 rare earth aluminum alloy was mainly caused by anodic dissolution, while hydrogen was mainly caused by hydrogen. The common result of brittle acceleration.
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG146.21

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