【摘要】：7xxx系鋁合金尤其是7075合金因其比強(qiáng)度高、韌性好等諸多優(yōu)勢(shì),作為結(jié)構(gòu)材料廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。但7xxx系合金受成型和熱處理工藝的限制,拉仲?gòu)?qiáng)度一般在500-600MPa上下。噴射成形技術(shù)可使該系合金組織顯著細(xì)化,宏觀和微觀偏析大幅減少,峰值時(shí)效處理后可使材料拉伸強(qiáng)度達(dá)到700MPa以上。近些年來(lái),對(duì)材料各項(xiàng)綜合性能指標(biāo)要求越來(lái)越高,這使得傳統(tǒng)制備與熱處理工藝很難滿足要求。為此,本課題采用噴射成形技術(shù)制備7075合金,并且采用多種時(shí)效處理方案,探索熱處理對(duì)合金組織與性能特別是回歸再時(shí)效(RRA)處理對(duì)微觀組織及性能的影響,建立適用于噴射成形7xxx系合金的RRA處理方案。依據(jù)7075合金中析出相結(jié)構(gòu)特點(diǎn),構(gòu)建了RRA過(guò)程中析出相特征的解析式,并結(jié)合多種強(qiáng)化因素建立RRA過(guò)程中屈服強(qiáng)度模型。對(duì)于7xxx系合金的傳統(tǒng)熱處理,常見(jiàn)的有T6峰值時(shí)效處理、T73過(guò)時(shí)效處理和傳統(tǒng)回歸再時(shí)效處理。通過(guò)對(duì)比上述三種熱處理工藝對(duì)噴射成形7075合金組織及性能的影響特點(diǎn)發(fā)現(xiàn)：T6處理后合金中出現(xiàn)大量細(xì)小彌散的基體析出相(MPt),使得合金強(qiáng)度達(dá)到峰值,但此時(shí)晶界析出相(GBP)連續(xù)分布且晶間無(wú)析出帶(PFZ)較窄,致使合金抗腐蝕性能不佳；而T73處理后,GBP斷開并且PFZ較寬,使得合金抗腐蝕性能得以提升,但合金強(qiáng)度由于MPt的粗化而損失嚴(yán)重,拉伸強(qiáng)度下降；采用RRA處理后,合金基體組織形貌與T6處理后相類似,拉伸強(qiáng)度達(dá)到758MPa,而晶界組織與T73處理后的相近,晶間腐蝕深度、剝落腐蝕等級(jí)和應(yīng)力腐蝕指數(shù)分別達(dá)到16.8μm、EA和0.138,使合金擁有良好的綜合性能。傳統(tǒng)RRA預(yù)時(shí)效工藝為峰值時(shí)效處理,處理后基體中析出大量析出相,并且存在粗化的析出相,這些相在回歸過(guò)程中很難回溶,并在再時(shí)效中繼續(xù)長(zhǎng)大,消耗大量的強(qiáng)化元素,使RRA后合金的強(qiáng)度不及T6處理的水平。通過(guò)調(diào)整RRA預(yù)時(shí)效處理時(shí)間,采用120℃分別處理8、16、24和32h,研究RRA不同預(yù)時(shí)效處理程度對(duì)合金組織及性能的影響發(fā)現(xiàn),采用欠時(shí)效預(yù)處理,在一定程度上就會(huì)減緩預(yù)時(shí)效階段MPt粗化現(xiàn)象的發(fā)生,從而改善合金性能。采用120℃+16h的欠時(shí)效預(yù)處理,可使RRA處理后合金MPt細(xì)小彌散,GBP斷開分布并存在一定寬度的PFZ,從而合金綜合性能優(yōu)良,晶間腐蝕深度、剝落腐蝕等級(jí)和應(yīng)力腐蝕指數(shù)分別達(dá)到27.9μm、EA和0.143,拉伸強(qiáng)度達(dá)782MPa。通過(guò)改變回歸處理的溫度與時(shí)間以及再時(shí)效處理工藝,探尋可獲得最佳綜合性能的欠時(shí)效RRA制度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：采用200℃回歸8min結(jié)合120℃再時(shí)效24h的RRA處理工藝,合金的綜合性能最佳�；貧w溫度的提升可促進(jìn)預(yù)時(shí)效時(shí)析出的MPt回溶,并且使GBP斷續(xù)和出現(xiàn)一定寬度的PFZ；而回歸時(shí)間的選擇更為重要,過(guò)短的回歸時(shí)間不能有效回溶MPt、斷開GBP和寬化PFZ；但過(guò)長(zhǎng)的回歸時(shí)間又使MPt在回歸過(guò)程中粗化而影響合金性能。再時(shí)效處理可使回歸過(guò)程中回溶的MPt再次析出,同時(shí)進(jìn)一步加大GBP的斷開程度。低溫再時(shí)效可有效提升合金強(qiáng)度,高溫再時(shí)效使合金強(qiáng)度有所損失。不同回歸與再時(shí)效制度下合金耐蝕性能變化不大,均呈現(xiàn)遠(yuǎn)優(yōu)于T6處理接近T73處理的狀態(tài)。由于噴射成形7075合金性能變化與其析出相形貌關(guān)系密切,故對(duì)RRA過(guò)程中析出相的尺寸與體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行分析。建立了在形核、長(zhǎng)大和熟化過(guò)程中盤狀析出相尺寸演變模型；在預(yù)時(shí)效處理過(guò)程的前期,析出相尺寸與時(shí)間的平方根呈線性關(guān)系,熟化之后尺寸與時(shí)效時(shí)間的立方根呈線性關(guān)系；析出相體積分?jǐn)?shù)與時(shí)間的關(guān)系則符合JMAK方程；回歸過(guò)程的前期可視作高溫時(shí)效處理的逆過(guò)程,析出相尺寸和體積分?jǐn)?shù)均在預(yù)時(shí)效之后的基礎(chǔ)上,按照回歸時(shí)間的平方根與指數(shù)關(guān)系減��；回歸處理至一定程度后,析出相體積分?jǐn)?shù)將在一個(gè)程度上保持穩(wěn)定,而其尺寸則以熟化方式迅速增大；再時(shí)效過(guò)程中析出相尺寸和體積分?jǐn)?shù)的演變方式為在一定尺寸與體積分?jǐn)?shù)的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行單級(jí)時(shí)效處理,只是對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)尺寸與基礎(chǔ)體積分?jǐn)?shù)不同。根據(jù)固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化和析出強(qiáng)化等強(qiáng)化因素,建立了RRA過(guò)程中合金屈服強(qiáng)度表達(dá)式,三個(gè)階段的強(qiáng)化模型均擬合較好。對(duì)比傳統(tǒng)RRA處理過(guò)程的強(qiáng)化模型,欠時(shí)效RRA處理模型與實(shí)際測(cè)量值更為吻合,傳統(tǒng)RRA處理后合金基體中出現(xiàn)了一定數(shù)量的大尺寸析出相,這些相在后續(xù)過(guò)程中很難被回溶并會(huì)被再次粗化,致使合金的強(qiáng)度出現(xiàn)一定程度的損失。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG292;TG166.3

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本文編號(hào)：2296177