Al-Zn-Mg-Cu高強(qiáng)鋁合金的成分設(shè)計(jì)與組織性能研究.pdf

1、Al-Zn-Mg-Cu合金作為一種高強(qiáng)變形鋁合金，廣泛應(yīng)用于航空及民用工業(yè)等領(lǐng)域。盡管?chē)?guó)內(nèi)外對(duì)該系合金已經(jīng)展開(kāi)了較長(zhǎng)時(shí)間的研究并取得了不少成果，但在合金的成分設(shè)計(jì)、微觀組織控制與性能預(yù)測(cè)方面，尤其是沉淀相的析出和演化規(guī)律方面仍不夠系統(tǒng)深入。
　　 本文利用熱力學(xué)計(jì)算軟件JMatPro和相應(yīng)的鋁基合金數(shù)據(jù)庫(kù)，研究了結(jié)合正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)出的25種合金的化學(xué)成分對(duì)平衡相析出行為的影響，依據(jù)極差分析結(jié)果討論各平衡相的主要影響因素和變化趨勢(shì)，

2、并采用合理的模型對(duì)典型合金的力學(xué)性能和熱物理性能進(jìn)行模擬，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。結(jié)果表明:Zn含量和Zn/Mg值的增加促進(jìn)了室溫下合金中強(qiáng)化相η(MgZn2)相的生成，Cu/Mg值的升高會(huì)導(dǎo)致S(Al2CuMg)相的大量析出，Mg含量作為影響T(AlZnMgCu)相析出最主要的因素，會(huì)影響時(shí)效過(guò)程中η相向T相的轉(zhuǎn)變。經(jīng)過(guò)成分優(yōu)化可知，在Zn含量為6.7wt％，Mg含量為2.2-2.5wt％，Cu含量為1.6-2.0wt％的范

3、圍內(nèi)，室溫下生成η強(qiáng)化相的含量達(dá)到8.7-9.2wt％，并控制S相和T相的生成含量低于0.5wt％。通過(guò)對(duì)合金力學(xué)性能和熱物理性能的模擬，發(fā)現(xiàn)成分在Zn含量為6.7wt％，Cu含量為1.9wt％，Mg含量為2.7wt％時(shí)具有較高的強(qiáng)度，Cu或Mg含量過(guò)高都會(huì)導(dǎo)致合金強(qiáng)度顯著降低，同時(shí)在一定范圍內(nèi)控制合金中Mg元素含量并適當(dāng)提高Cu元素含量，有利于改善合金的抗應(yīng)力腐蝕能力和導(dǎo)熱性能。強(qiáng)度和電導(dǎo)率的測(cè)試結(jié)果也進(jìn)一步驗(yàn)證了性能預(yù)測(cè)的可靠性。<

4、br>　　 制備了四種Zn、Mg和Cu元素含量不同的Al-Zn-Mg-Cu高強(qiáng)鋁合金，結(jié)合熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)分析確定Al-Zn-Mg-Cu高強(qiáng)鋁合金的制備與加工方法。實(shí)驗(yàn)表明，均勻化退火工藝可以有效改善元素偏析的現(xiàn)象，同時(shí)參考熱力學(xué)分析結(jié)果，選擇在合適的加工窗口進(jìn)行軋制變形處理。依據(jù)合金亞穩(wěn)相的計(jì)算和析出動(dòng)力學(xué)的評(píng)估結(jié)果，設(shè)計(jì)合金的固溶時(shí)效工藝為:經(jīng)過(guò)470℃/1h固溶淬火后，依次進(jìn)行120℃/24h的預(yù)時(shí)效處理，180℃/2h的回

5、歸處理和120℃/24h的再時(shí)效處理。
　　 通過(guò)對(duì)四種Zn、Mg和Cu元素含量不同的Al-Zn-Mg-Cu高強(qiáng)鋁合金的微觀組織分析后發(fā)現(xiàn)，在Zn/Mg值較高并且Cu含量較低的兩種合金（A3和A4）中，鑄態(tài)和均勻化退火態(tài)下析出η相含量較多，粗大S相的含量則較少。TEM分析鑄態(tài)合金中η相形貌及所占的體積分?jǐn)?shù)與之前的計(jì)算結(jié)果相吻合。軋制與固溶處理后的兩種合金（A1和A2）中仍殘留一些壓碎的S相和Al7Cu2Fe相沿軋制方向排列，并出