1、7055鋁合金鑄態(tài)組織由基體晶粒和均勻分布的第二相顆粒組成,其中第二相主要以網(wǎng)狀分布于晶界(圖1)。在高溫(350~500℃)和長(zhǎng)時(shí)間(6~24h)均勻化處理后,α(Al)晶粒增大。
2、第二相聚集成骨頭狀強(qiáng)化相,其主要為T(Al2Zn3Mg5)和S(Cu-MgAl2)相;合金中還存在少量MgZn2、Mg2Si、AlMnFeSi及(FeMn)Al6等相;其中還有部分沉淀相(如Al3Zr),這些析出相的大小在20~50nm,對(duì)晶界有釘扎作用,在變形和固溶處理時(shí)阻礙晶粒的長(zhǎng)大。這使得再結(jié)晶程度和再結(jié)晶晶粒尺寸保持恰當(dāng)?shù)钠胶猓瑥亩鴮?shí)現(xiàn)強(qiáng)度、抗疲勞和耐腐蝕性能的理想配合。
3、7055鋁合金中較高的合金元素含量影響了合金的沉淀動(dòng)力學(xué)過程,但并不改變基本的時(shí)效析出過程。典型的強(qiáng)化析出相析出順序?yàn)?
SSSS(過飽和固溶體)-GP區(qū)-η'過渡相(MgZn2)-η平衡相(MgZn2)
合金中GP區(qū)、η'相和η相的尺寸、數(shù)量、分布及晶界無沉淀析出帶(PFZ)的特性基本決定了合金的性能。
4、最先析出相為與基體共格的亞穩(wěn)相,成為熱穩(wěn)定相形成的核心。GP區(qū)與基體共格,η'相與基體半共格,η相與基體非共格。
5、η'和η相在淬火和時(shí)效過程中直接形成,長(zhǎng)時(shí)間時(shí)效,析出非共格相,且尺寸較大。
6、7055鋁合金的宏觀性能(如抗拉強(qiáng)度、電導(dǎo)率、斷裂韌性、抗腐蝕性能等)主要取決于最終的微觀組織(基體沉淀相(MPt)、晶界沉淀相(GBP)和晶間無析出帶(PFZ))的形狀與特性。
7、單級(jí)時(shí)效時(shí),隨著時(shí)間的延長(zhǎng)應(yīng)力敏感性指數(shù)降低,其原因是晶界沉淀相粒子長(zhǎng)大、間距增加及無析出帶變寬。合金分別經(jīng)室溫水淬及沸水淬火時(shí)效后,其析出特點(diǎn)如下:
①晶界析出相尺寸差別小,呈鏈狀連續(xù)分布;晶界無析出帶較窄,平均寬度分別約為33nm和43nm。
②經(jīng)空氣淬火時(shí)效后晶界析出相尺寸差別較大,呈不連續(xù)分布。
③晶界無析出帶很寬,約102nm。
④高溫預(yù)析出可在晶界形成不連續(xù)的析出相,465℃預(yù)析出固溶處理在保證合金強(qiáng)度的同時(shí)提高了抗應(yīng)力腐蝕性能,并且隨著固溶后預(yù)析出時(shí)間的延長(zhǎng),晶界上析出相更加粗大離散,合金裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子提高,而且應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率下降,抗拉強(qiáng)度提高6%,電導(dǎo)率下降8%(Srivatsan T S,Anand S,Sriram S。et aL The high-cyclefafigue and fracture behavior of aluminum alloy 7055U3.Matcr Sci,2000,281:292)在T6、T73和RRA 3種狀態(tài)下,試樣的斷裂都為沿晶斷裂和晶內(nèi)斷裂,2種形式同時(shí)存在的混合型斷裂,只是不同熱處理?xiàng)l件下沿晶斷裂與晶內(nèi)斷裂所占比例不同,對(duì)應(yīng)的延伸率也不同,即T73>T6>RRA。
8、T6狀態(tài)下合金晶內(nèi)析出相細(xì)小且均勻彌散分布,晶界析出相呈條狀且連續(xù)分布,晶界PFZ很窄。經(jīng)RRA處理后,晶內(nèi)析出相長(zhǎng)大,晶界析出相明顯粗化且變得不連續(xù),晶界PFZ變寬,平行的帶狀組織仍然存在。T73處理后,晶內(nèi)和晶界析出相粗化更為明顯,晶界PFZ進(jìn)一步加寬(李海,鄭子樵,王芝秀.7055鋁合金二次時(shí)效特征研究-(Ⅱ)顯微組織與斷口形貌特征.稀有金屬材料與工程,2005,34:1230)
9、基體沉淀相(MPt)決定著合金的強(qiáng)度。何種MPt能獲得最佳強(qiáng)韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能的配合至今沒有定論。P.N.Alder等認(rèn)為,當(dāng)基體析出相主要為GP區(qū)時(shí),合金強(qiáng)度最高,此時(shí)強(qiáng)化主要來源于GP區(qū)在基體中所引起的內(nèi)應(yīng)力以及位錯(cuò)穿過它們所引起的化學(xué)效應(yīng)對(duì)位錯(cuò)的阻礙作用;J.K.Park等認(rèn)為,當(dāng)基體組織主要為η'相時(shí),強(qiáng)化效果最好。
10、無論是何種質(zhì)點(diǎn)作為強(qiáng)化相,其體積分?jǐn)?shù)越大、越彌散,則強(qiáng)化效果越好。若沉淀相質(zhì)點(diǎn)剛性大,且分布很均勻,則對(duì)抗應(yīng)力腐蝕性能及韌性有利。
11、晶界沉淀相(GBP)在很大程度上依賴于晶界結(jié)構(gòu),GBP的大小和形態(tài)會(huì)因晶界不同而出現(xiàn)較大差異。連續(xù)網(wǎng)狀分布的GBP降低了合金的性能,這是因?yàn)?
①合金時(shí)效后晶界沉淀物多為η'相或η相,它們相對(duì)于基體有一定的可動(dòng)性,在變形過程中會(huì)阻礙晶粒的相對(duì)運(yùn)動(dòng),從而降低了材料的韌性及塑性。
②根據(jù)陽極溶解模型和氫脆機(jī)理,連續(xù)鏈狀的晶界組織會(huì)提高合金的SCC敏感性,因此,為了提高韌性和抗SCC性能,晶界沉淀相最好為不連續(xù)分布的粗大半(非)共格質(zhì)點(diǎn)。(劉勝膽,張新明,游江海。等.微量鋯對(duì)7055型鋁合金淬火敏感性的影響[J].稀有金屬材料與工程,2007,(4):607)
12、影響合金性能的另一個(gè)參數(shù)是晶界無沉淀帶(PFZ),其在淬火時(shí)出現(xiàn)在晶界附近。這些區(qū)域都比較弱,容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂。(劉勝膽,張新明,游江海。等.微量鋯對(duì)7055型鋁合金淬火敏感性的影響[J].稀有金屬材料與工程,2007,(4):607)
13、綜上,優(yōu)化高溶質(zhì)合金的熱處理工藝,來控制微觀組織,就是使得基體沉淀相(MPt)、晶界沉淀相(GBP)、晶界無沉淀帶(PFZ)三者獲得最佳組合,實(shí)現(xiàn)合金高強(qiáng)、高韌、耐蝕的優(yōu)化匹配。
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