高强7A99铝合金固溶时效热处理工艺研究

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7A99铝合金是一种新型高强Al-Zn-Mg-Cu合金,在国防军工等领域具有重要的应用潜力。目前,关于7A99铝合金挤压和固溶时效热处理的相关研究较少,尚未明确其时效析出序列及其对力学性能、耐腐蚀性能的影响规律,难以为该合金热处理制度的制定提供理论依据。为此,本文针对7A99铝合金型材,开展了单级时效、双级时效、回归再时效等热处理实验,并通过在固溶前后引入冷轧变形量,研究了进一步提高型材综合力学性能的可行性。本文研究工作的开展,丰富了7xxx系铝合金热处理工艺的基础理论和方法,有助于合金力学性能和耐腐蚀性能的协同提升,为制备具有优异综合性能的铝合金提供了新的思路,具有重要的理论意义和工程应用价值。本文主要工作和结论如下。(1)针对7A99铝合金挤压型材,开展了欠时效、峰值时效、过时效等实验,研究了单级时效对合金微观组织、力学性能以及抗应力腐蚀性能的影响规律。研究发现,坯料中的第二相在挤压过程中发生破碎,沿挤压方向均匀分布,MgZn2在固溶过程中溶解于基体,而Al7Cu2Fe则无法溶解。欠时效和峰值时效的主要析出相是GPI区和η相,随时效时间的延长,析出相尺寸持续增大并发生转化,而过时效的主要析出相为η相。7A99铝合金的时效析出顺序为“过饱和固溶体→GP区→η→η。型材硬度则随时效时间的延长先增加后降低,峰值时效后型材屈服强度和抗拉强度分别达到588MPa和622MPa,延伸率为10.2%,欠时效和过时效试样的强度相对较低,延伸率则有所提高。时效前进行2%的预拉伸,可以促进时效过程强化相的析出,从而进一步改善型材力学性能。欠时效和峰值时效试样对应力腐蚀比较敏感;由于析出相的粗化和离散分布,过时效试样则表现出良好的耐应力腐蚀能力。(2)在固溶前后分别引入了10%的冷轧变形量,随后分别开展了单级峰值时效和双级时效实验,研究了冷轧和时效对7A99铝合金挤压型材微观组织、力学性能以及耐腐蚀性能的影响。实验结果表明:在细晶强化、固溶强化、析出强化和位错强化的作用下,固溶前引入冷轧有助于提高合金的硬度和抗拉强度,“冷轧 固溶 峰值时效”处理后的试样屈服和抗拉强度分别达到628MPa、665MPa,延伸率为11.62%,而且双级时效后试样的硬度和抗拉强度仅下降3%~5%。固溶后引入冷轧和双级时效有利于抗腐蚀性能的提高。点蚀主要起源于型材表面的A123CuFe4或Al7Cu2Fe等电势高于铝基体的第二相。双级时效后,试样晶界析出相尺寸更大,分布更为离散,而且具有更高的Cu含量,同时亚晶组织中大量存在的亚晶界也可以减轻应力集中,因此合金的抗应力腐蚀性能得到有效提升。总体来说,固溶前引入冷轧将显著提高合金的强度,而且可以减少双级时效造成的强度损失,固溶后引入冷轧则有助于合金抗腐蚀性能的提高。(3)在固溶前引入了10%的冷轧量,随后开展了固溶与回归再时效实验,研究了冷轧和回归再时效对协同提升合金力学性能和耐腐蚀性能的作用。实验结果表明:不同试样的硬度和抗拉强度大小可以归纳为“峰值时效
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