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高强高韧和低应力腐蚀开裂敏感性之间的矛盾一直是Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金在实际应用中的一大难题。如何在不以损失强度的前提下提高合金的抗应力腐蚀性能成为本文的主要研究内容。
本文借助X射线衍射分析仪、透射电镜、扫描电镜等微观组织分析手段,以洛氏硬度测试、力学拉伸试验、应力腐蚀试验等方法研究了7075铝合金在双级“双峰”时效工艺下合金的微观组织与性能的关系,以及这些微观组织对合金应力腐蚀敏感性的影响,并试图解释合金应力腐蚀开裂的相关机理,得到如下结论:
(1)7075铝合金在双级时效时会出现两个时效硬化(强化)峰,即时效硬化(强化)“双峰”。两个时效峰的硬度、强度相差不大,且第二时效峰状态下,合金具有高强、高韧等优良的力学性能。
(2)随着时效温度的提高,两个时效峰的峰位开始下移;随着固溶时间的延长两个峰向上移;两个时效峰的位置随着温度的升高都开始向前移动,第二峰向前移动得尤其明显。双级“双峰”时效工艺延续了高强铝合金“双峰”时效的特性,并且大大加速了生产效率,为工业化生产打下了良好的基础。
(3)由透射电镜选区电子衍射及X射线衍射等手段分析了各个时效阶段合金的主要强化相,结论为:第一时效峰的强化相主要是高度密集的GP区;第二时效峰的强化相主要是η(MgZn2)。
(4)第一时效峰状态下,主要是借助于位错线切过细小的GP区,造成表面能增大,做功增加,从而使得合金被强化。第二时效峰状态下,位错线将绕过较硬的η相,留下位错环继续前进。
(5)时效处理对Al基体的点阵常数影响较大。随着时效时间的延长,Al基体的点阵常数不断减小,晶格畸变程度降低。
(6)第二时效峰状态下,合金的强度并未相对于第一时效峰状态下降低太多,而且合金的塑性有较大的提高。其强化相主要为η相,因其较硬,位错线只能绕过,并留下位错环,因此位错不会都积塞到晶界上,也不会产生过多的强度薄弱区,不易引起应力集中,有利于合金的韧性。
(7)7075铝合金应力腐蚀开裂敏感性随着时效时间的延长而降低,并且第二时效峰的抗应力腐蚀性能优于第一时效峰,其强度略微低于第一时效峰值的强度,同时具有良好的塑性变形能力,综合力学性能较好。
(8)7075铝合金应力腐蚀开裂敏感性随着自由Mg元素含量的下降而降低,而自由Mg元素的含量随着时效时间的延长而降低,这也是时效时间越长,合金应力腐蚀开裂的敏感性越低的原因。且合金应力腐蚀开裂敏感性随着应变速率的降低而明显加重。
(9)Mg、Zn等元素与H+之间的电交作用,促进了[H]原子的吸收,以及向合金基体内部的运输,晶界上自由Mg元素的含量最多,则裂纹尖端吸[H]能力越强,其应力腐蚀敏感性也就越高。η相及η相是[H]原子的陷阱,进一步增加了[H]原子向合金内部扩散的阻力,提高了合金的抗应力腐蚀性能,且有利于合金的韧性。