含鈧Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金等溫淬火性能的研究.pdf

1、Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金作為一種高強度的鋁合金被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。該系列合金具有高的強度、較好的耐蝕性能和優(yōu)良的韌性。隨著飛機結(jié)構(gòu)件向著大型化、整體化發(fā)展，對鋁合金厚板的生產(chǎn)工藝有著更高的要求。由于鋁合金厚板在淬火過程中沿厚度方向冷卻速率不一致，導(dǎo)致時效后材料力學(xué)性能不均勻，表現(xiàn)出淬火敏感性。如何獲得力學(xué)性能較高、淬火敏感性低的合金是近年來材料工程和科學(xué)領(lǐng)域關(guān)注和研究的熱點。因此，對Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金進(jìn)行淬火

2、敏感性研究具有一定的理論和實際意義。到目前為止，國內(nèi)外對含鈧(Sc)鋁合金做了大量的研究。
　　這些研究大部分集中在提高合金的強度、塑性和焊接性能等方面，而關(guān)于含鈧鋁合金淬火敏感性的研究極少。本論文經(jīng)均勻化-擠壓-熱軋-中間退火-冷軋?zhí)幚淼裙に?，得到?.2％Sc的Al-9.0Zn-2.5Mg-1.5Cu-0.15Zr合金板材。采用固溶-分級淬火-峰值時效的實驗方法，得到合金的淬火態(tài)電導(dǎo)率和時效態(tài)硬度。利用合金淬火態(tài)電導(dǎo)率值和時效

3、態(tài)硬度值得到合金的時間-溫度-轉(zhuǎn)化率(TTT)曲線和時間-溫度-性能(TTP)曲線;利用差示掃描熱分析(DSC)、X射線衍射分析(XRD)、透射電鏡(TEM)研究合金微觀組織結(jié)構(gòu)與成分，并結(jié)合Johnson-Mehl-Avrami方程對合金在等溫過程中的析出動力學(xué)進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明:
　　(1)對Al-9.0Zn-2.5Mg-1.5Cu-0.15Zr-0.2Sc合金進(jìn)行等溫淬火實驗時，隨保溫時間的延長，淬火態(tài)電導(dǎo)率總體呈上升趨

4、勢，淬火單級時效后合金硬度總體呈下降趨勢。
　　(2)Al-9.0Zn-2.5Mg-1.5Cu-0.15Zr-0.2Sc合金TTT曲線和TTP曲線呈“C”型，鼻尖溫度在330℃附近，孕育期不到4s，淬火敏感性高。運用Origin8.5軟件對合金的相變動力學(xué)方程進(jìn)行擬合，驗證了合金在330℃脫熔析出最快，相變最容易。
　　(3)Al-9.0Zn-2.5Mg-1.5Cu-0.15Zr-0.2Sc合金的淬火敏感區(qū)間為270℃～39

5、0℃。在270℃～390℃范圍內(nèi)淬火敏感性較高，析出轉(zhuǎn)變速率較快。合金固溶后，淬火可在(＞390℃)以上采用較小冷卻速率，這樣不僅可以得到提高合金的力學(xué)性能，還可降低材料的內(nèi)應(yīng)力。
　　(4)等溫保溫時，Al-9.0Zn-2.5Mg-1.5Cu-0.15Zr-0.2Sc合金中過飽和固溶體分解析出第二相粒子。隨著等溫保溫時間的延長，晶內(nèi)平衡相η的數(shù)量增加、尺寸變大，消耗了大量的溶質(zhì)原子，減少了時效后彌散強化相η'的數(shù)量，導(dǎo)致強化效果

6、顯著降低;晶界平衡相η相粒子粗化，晶內(nèi)的溶質(zhì)原子來不及擴(kuò)散至晶界附近，使得晶界附近溶質(zhì)濃度降低，晶界無沉淀析出區(qū)(PFZ)由不連續(xù)分布形貌轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)分布形貌，晶界處無沉淀析出區(qū)的寬度隨著等溫時間的延長而變寬。
　　(5)Al3(Sc，Zr)粒子可以作為Al-9.0Zn-2.5Mg-1.5Cu-0.15Zr-0.2Sc合金淬火過程中的異質(zhì)形核核心，隨著平衡相η(MgZn2)在Al3(Sc，Zr)粒子上非均勻析出，合金過飽和固溶體溶質(zhì)