文档介绍：国内图书分类号:TG151
国际图书分类号:
工学博士学位论文
Al-Zn-Mg-Cu-Zr 合金组织性能
和断裂行为的研究
博士研究生:樊喜刚
导师:蒋大鸣教授
申请学位:工学博士
学科、专业:材料学
所在单位:材料科学与工程学院
答辩日期:2007 年 3 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index: TG151
:
Dissertation for the Doctoral Degree in Engineering
STUDY ON THE MICROSTRUCTURES
AND MECHANICAL PROPERTIES AND
THE FRACTURE BEHAVIOR OF THE
Al-Zn-Mg-Cu-Zr ALLOYS
Candidate: Fan Xigang
Supervisor: Prof. Jiang Daming
Academic Degree Applied for: Doctor of Engineering
Speciality: Materials Science
Affiliation: School of Materials Science
and Engineering
Date of Defence: March, 2007
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
Al-Zn-Mg-Cu-Zr 合金作为一种高强度的铝合金广泛应用于航空航天领域。
该系列合金较高的强度、良好的韧性和耐腐蚀性的结合一直是人们追求的目标。
尽管国内外的研究工作取得巨大成就。但在合金的成分优化,显微组织控制和
强韧化机理方面的研究仍不具体透彻,尤其是粗大第二相和沉淀相的演化规律
和作用方面,仍有相当的理论和应用内容需做进一步系统深入的研究。
本文在对比分析国内外 Al-Zn-Mg-Cu-Zr 合金组织和性能的基础上,设计了
合金 A1 (Al-%Zn-%Mg-%Cu)、合金 A2 (Al-%Zn -%Mg
-%Cu)。利用透射电子显微镜、扫描电镜、差热分析和 XRD 等分析手段,
研究了合金组织的变化规律,主要集中在粗大第二相和沉淀相的演化规律,及
其对合金拉伸性能和断裂行为的影响。讨论了各种状态下合金的强化机理和断
裂机制。在研究均匀化热处理过程中发现了一种新的相转变过程:
η(Mg(Zn,Cu,Al)2) → S (Al2CuMg)。
研究了合金在均匀化热处理过程中粗大第二相的演化规律。合金的铸态组
织为枝晶结构,枝晶臂间为层片状的非平衡共晶组织α(Al) + Mg(Zn,Cu,Al)2。在
非平衡共晶组织中存在一些粗大的 Al7Cu2Fe 相。在均匀化过程中非平衡共晶组
织逐渐消失,同时发生η(Mg(Zn,Cu,Al)2) → S (Al2CuMg)的转变。新形成的 S 相
在η与基体的界面处形核,沿η长大,转变过程受 Zn 和 Cu 扩散的控制。非平
衡共晶组织和粗大 S 相的变化主要包括三个过程:η相的减少到消失;S 相的形
核和长大伴随含量的增加;S 相的粗化伴随含量的降低。Cu 含量对均匀化后合
金中粗大第二相的演变有着重要的影响,A2 合金具有更多的 Al2CuMg 相。460
℃的均匀化可以消除 A1 合金中粗大 Al2CuMg 相。而 A2 合金只有经过 460℃
/16h+480℃/12h 的双级均匀化后才可以完全消除粗大的 Al2CuMg 相。
研究了合金的时效硬化特性和时效析出行为。在单级时效过程中,当温度
为 120℃和 140℃时,峰值维氏硬度分别为 208 和 206,160℃时峰值硬度降低至
193。不同温度下的峰时效对应的主要沉淀相是不同的。120℃时,GP 区和η'
相为主要的沉淀相;140℃时,η'相为主要的沉淀相;160℃时,η'相和η相为主
要的沉淀相。强化效果较好的沉淀析出相为η'。在 120℃和 140℃单级时效过程
中,沉淀相尺寸的变化满足 R∝t1/3,能用 LSW 理论较好地描述沉淀相的粗化过
程。双级时效过程中,120℃预时效提高了 GP 区在高温时效时的稳定性和存在
I