超高强铝合金Al-11.54Zn-3.51Mg-2.26Cu-0.24Zr-0.0025Sr的制备与性能调控初步研究

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Al-Zn-Mg-Cu系铝合金是当今世界上最先进的铝合金之一,研制强度等级更高、综合性能更加平衡优化的该系铝合金及其制备加工技术是一个备受关注的研究主题。本文设计并制备超高强铝合金Al-11.54Zn-3.51Mg-2.26Cu-0.24Zr-0.0025Sr,对其淬透性、热处理工艺、组织、性能之间的联系进行了研究。所开展的研究工作及取得的结论如下:  (1)参照钢的末端淬火试验,对超高强铝合金Al-11.54Zn-3.51Mg-2.26Cu-0.24Zr-0.0025Sr挤压材进行了端淬试验,试验表明合金的端淬深度为52 mm,淬透性为104 mm,合金淬透性受晶格畸变程度影响较大。  (2)研究了固溶-T6时效态下超高强铝合金Al-11.54Zn-3.51Mg-2.26Cu-0.24Zr-0.0025Sr挤压材的组织与性能。在该热处理工艺下,合金大部分晶粒很细小,平均晶粒尺寸小于10μm,显微硬度为221.67 HV,电导率为25.03%IACS,位错强化为21.88 MPa,抗拉强度为692.7 MPa,伸长率为4.2%,最大晶间腐蚀深度为163.3μm,剥落腐蚀等级为EC,合金塑性不高主要是合金中混有较多的夹杂物。  (3)研究了超高强铝合金Al-11.54Zn-3.51Mg-2.26Cu-0.24Zr-0.0025 Sr挤压材经固溶-预压缩-T6时效后的组织与性能。合金中有大量尺寸不到1μm的晶粒,合金显微硬度为238.28 HV,电导率为24.62%IACS,位错强化为58.27 MPa,抗拉强度为727.6 MPa,伸长率为5.67%,最大晶间腐蚀深度为161.4μm,剥落腐蚀等级为EC。晶粒尺寸得以细化可能是因为预压缩引入的位错作为一种晶格缺陷能够促进溶质原子在其附近形核,形成了大量细小的晶粒聚集群,同时预压缩能缩短时效响应时间,加速析出相的时效析出,使得合金的抗拉强度较高。  (4)研究了超高强铝合金Al-11.54Zn-3.51Mg-2.26Cu-0.24Zr-0.0025Sr挤压材在预回复退火-固溶-预压缩-T6时效态下的组织与性能。合金平均晶粒尺寸为3.26μm,小角度晶界占合金晶界的比例为79.38%,显微硬度为235.47 HV,电导率为25.56%IACS,位错强化为62.81 MPa,抗拉强度为727.70 MPa,伸长率为6.4%,最大晶间腐蚀深度为147.5μm,剥落腐蚀等级为EB。同时运用霍尔-佩奇变形公式计算出小角度晶界对屈服强度的贡献值为134.21 MPa,高角度晶界对屈服强度的贡献值为10.06 MPa,时效及固溶强化的贡献值为462.5 MPa。  (5)研究了超高强铝合金Al-11.54Zn-3.51Mg-2.26Cu-0.24Zr-0.0025S挤压材预回复退火-固溶-预压缩-T76时效态下的组织与性能。合金的晶粒以细小、等轴性好的晶粒为主;显微硬度为212.9 HV,电导率为30.58%IACS,位错强化为66.68 MPa,合金的抗拉强度为637.03 MPa,伸长率为8.2%,最大晶间腐蚀深度为113.1μm,剥落腐蚀等级为EA。预回复退火处理对合金强度几乎没有促进作用,但能提高合金的塑性和抗腐蚀性能。塑性大幅提高的原因可能是预回复退火使得合金保留大量的亚晶组织,细化了晶粒,晶界滑移更易开动与协调,减小变形阻力,导致合金可承受的塑性变形量增加。  (6)对比上述四种热处理工艺,发现预压缩能显著提高超高强铝合金Al-11.54Zn-3.51Mg-2.26Cu-0.24Zr-0.0025Sr挤压材的抗拉强度和塑性;预回复退火能使超高强铝合金Al-11.54Zn-3.51Mg-2.26Cu-0.24Zr-0.0025 Sr挤压材保留大量的小角度晶界,细化晶粒尺寸,改善合金的综合性能。
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