高强铝合金的制备及其性能研究

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近年来,全球铝工业已进入了一个崭新的高速发展时期。铝合金材料的不断研制与开发,提高了铝的性能和应用范围并拓展了铝的用途,为世界经济的发展和人类的进步做出巨大贡献,被认为是21世纪最富于开发和应用潜力的“绿色材料”。Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金具有比重小、强度高、热加工性能好等特点,被广泛地应用于航空工业及民用工业等领域,追求材料的强度和韧性并提高抗腐蚀性能、成形性能,一直是研究的主题。为了深入研究高强铝合金的工艺调控技术,为其工业运用提供依据,本文从Al-Zn-Mg-Cu系合金的成分配比、轧制工艺和热处理工艺三大方面进行研究,分析这些因素对该系合金的显微组织、力学性能、抗剥落腐蚀性能、电学性能和室温成形性能的影响规律,主要得出以下结论:(1)随着成品冷轧总加工率的增加,在T6峰值时效状态下,合金抗拉强度及延伸率均呈先增大后减小的趋势,30%成品冷轧总加工率的合金板材的综合力学性能较优,其中σ_b=605.3MPa,σ_s=509.4MPa,δ=6.3%。10%成品冷轧总加工率的合金板材导电性能较优,抗剥蚀能力较强,固溶状态下,10%成品冷轧总加工率的合金板材室温成形性能较好,锥杯值CCV=50.1,最小相对弯曲半径Rmin/t=3.2。随着成品冷轧总加工率继续增大至50%时,可能会引起合金板材析出相的析出机制发生改变,从而导致主要强化相无法有效形核、析出。(2)随回归温度的增加,终时效后的合金板材达到峰值强度对应回归时间越短。在180°C、200°C、220°C回归温度下合金板材所对应达到峰值强度的回归时间分别为15min、7min、1min。在回归时间在15min内,终时效后的合金板材强度和延伸率均保持在较高水平,超过30min后,发生过度回归现象,合金综合力学性能明显下降。在回归处理220°C×1min时,经RRA处理后合金的强度值可达到σ_b=647.0MPa,σ_s=602.3MPa,在回归处理为200°C×7min时,经RRA处理后合金的综合力学性能最优,其中σ_b=606.5MPa,σ_s=585.9MPa,δ=6.9%。终时效后的合金板材的导电率随回归温度的增加,先增大后略微下降,随回归时间的延长呈递增趋势。经120°C×24h+200°C×7min+120°C×24h的RRA热处理后,合金板材的导电性能最优,导电率为42.05%IACS。回归再时效后的合金抗剥蚀性能力明显优于人工时效。(3)随Ce含量的增加,合金铸态晶粒呈明显细化的趋势,二次枝晶间距减小,沿着晶界呈网状连续分布粗大共晶组织也有所减少。经RRA热处理后的合金,Ce含量在0.15%-0.35%范围内,强度略有提高,延伸率先下降后上升,当Ce含量增至0.45%,合金综合力学性能显著下降。Ce的添加对Al-Zn-Mg-Cu合金板材的电学性能和抗剥蚀能力并无有利影响,导电率反而有略为降低的趋势,发生剥落腐蚀现象更为严重。
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