【摘 要】
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目前,Al-Zn-Mg-Cu系铝合金被广泛应用于航天、航空、军工以及汽车等工业领域,但随着航空航天事业的迅猛发展,社会对Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的综合力学性能提出了更高的要求,近年来兴起的搅拌摩擦加工（Friction Stir Processing,FSP）处理工艺是一种提高铝合金材料综合性能的有效手段。本文选用Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金挤压板作为基体材料,利用FSP工艺对其进行改性
【基金项目】
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新型铝合金材料研发与应用研究（编号:W2016JSKF0397）,2016.11-2019.10,企业委托类项目； 基于稀土元素Sc、Zr复合改性多层-微纳结构铝合金的制备及其微观组织调控（编号:51701058）,2018.01-2021.12,国家自然科学青年科学基金； 面向电子应用轻质高强铝合金材料的研发（编号:JZ
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目前,Al-Zn-Mg-Cu系铝合金被广泛应用于航天、航空、军工以及汽车等工业领域,但随着航空航天事业的迅猛发展,社会对Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的综合力学性能提出了更高的要求,近年来兴起的搅拌摩擦加工（Friction Stir Processing,FSP）处理工艺是一种提高铝合金材料综合性能的有效手段。本文选用Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金挤压板作为基体材料,利用FSP工艺对其进行改性处理,并通过FSP制备添加Al-Sc-Zr中间合金及硬质纳米SiC颗粒的铝基复合材料,然后通过金相观察、扫描电子显微观察、透射电子显微分析、硬度测试、拉伸试验等一系列测试手段,系统的研究了FSP处理工艺、Al-Sc-Zr中间合金和硬质纳米SiC颗粒的添加对Al-Zn-Mg-Cu合金微观组织和力学性能的影响。首先本文优化了Al-Zn-Mg-Cu合金的FSP处理的相关工艺参数,重点探讨了FSP处理工艺以及后续热处理对其微观组织和力学性能的影响。通过九组对比试验确定的最佳的FSP处理工艺参数,即搅拌头旋转速度为1000 r/min,进给速度为90 mm/min,倾斜角为0,压下量为1.2mm,搅拌头的旋转方向为顺时针方向。经过FSP处理后的Al-Zn-Mg-Cu合金的晶粒尺寸得到了明显的细化,平均晶粒尺寸由80μm降低到16μm,硬度值从112.3HV提升到125.2HV。人工时效处理后Al-Zn-Mg-Cu合金材料的力学性能得到了进一步提高,硬度值从125.2HV提升到152.2HV,抗拉强度从465.7MPa提高到548.2MPa,延伸率从15.7%提高到23.8%。其次本文研究了通过FSP制备添加不同比例的Al-Sc-Zr中间合金的铝基复合材料的显微组织和力学性能。探究了Al-Sc-Zr中间合金热处理工艺的优化方案及不同Sc、Zr含量的Al-Sc-Zr中间合金复合材料组织和性能上的差异。结果表明Al-Sc-Zr中间合金固溶600℃、保温12h,高温时效320℃、保温8h为最佳的热处理工艺。中间合金中微量元素Sc的含量对其组织和性能具有决定性影响,当中间合金为Al-0.4Sc-0.04Zr时,复合材料硬度、抗拉强度、延伸率均有一定提升,分别可以达到127.8HV、557.545MPa、24.3%。最后本文研究了FSP制备添加硬质纳米SiC颗粒的铝基复合材料的显微组织和力学性能。结果显示单道次FSP制备的硬质纳米SiC复合材料,焊合区部位存在隧道孔洞缺陷和SiC团聚现象,显微硬度从124.4HV提升到129.6HV;抗拉强度值从509.325MPa提升到520.523MPa;延伸率从20.1%提上到23.6%。后续对复合材料进行多道次FSP优化处理,结果显示,单道次FSP缺陷得到有效改善,并且6道次FSP处理后复合材料的显微硬度从129.6HV提升到135.2HV;抗拉强度值从520.523MPa提升到566.238MPa;延伸率从23.6%提升到24.7%。
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