超高强铝合金Al-12.26Zn-2.96Mg-2.49Cu-0.183ZR-0.0673Sr的制备与组织性能调控初步研究

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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、综合性能更加平衡的铝合金及其制备加工技术一直备受关注。本文设计并制备出超高强铝合金Al-12.26Zn-2.96Mg-2.49Cu-0.183Zr-0.0673 Sr,对其热处理工艺与组织、性能之间的联系及淬透性进行了初步研究。所开展的工作及取得的结论如下:  (1)研究了预变形(2~3%)处理对超高强铝合金Al-12.26Zn-2.96Mg-2.49Cu-0.183Zr-0.0673 Sr挤压材的组织与性能的影响。结果表明:经预变形处理后的合金晶粒尺寸变大,平均晶粒尺寸由5.378μm增大至9.073μm;合金的力学性能明显优化,显微硬度由208.8 HV增加到223.3 HV,屈服强度由639.5 MPa提升至651.6 MPa,抗拉强度由673.0 MPa提升至682.2 MPa,断裂延伸率由5.3%增加到8.3%;合金的抗腐蚀性能明显优化,电导率由26.1%IACS增加到26.5%IACS,最大晶间腐蚀深度由266.7μm减小至204.8μm。预变形引入了位错,合金的位错强化、低角度晶界强化和高角度晶界强化的总强化得到提高,从68.98 MPa增加到85.66 MPa,预变形主要增加了合金的位错强化、低角度晶界强化和高角度晶界强化的总强化。  (2)研究了超高强铝合金Al-12.26Zn-2.96Mg-2.49Cu-0.183Zr-0.0673 Sr挤压材在预回复(250℃×24 h+300℃×6 h+350℃×6 h+400℃×6 h)-T652态(2~3%预变形+T6:121℃×24 h)下的组织与性能。结果表明:与T652态对比,合金经预回复处理后晶粒尺寸明显细化,平均晶粒尺寸由9.073μm细化到5.217μm;合金的力学性能小幅改善,显微硬度由223.3 HV增加到225.3 HV,屈服强度由651.6 MPa提升至667.6 MPa,抗拉强度由682.2 MPa提升至698.5 MPa,但断裂延伸率却由8.3%降低到7.3%;合金的抗腐蚀性能明显优化,电导率由26.5%IACS增加到28.5%IACS,最大晶间腐蚀深度由204.8μm减小至160.7μm,剥落腐蚀评级也由EC级变为EB级。合金的位错强化、低角度晶界强化和高角度晶界强化的总强化小幅提升,从85.66 MPa增加到87.82 MPa,预回复主要增加了合金的固溶强化和时效沉淀析出相强化的总强化。  (3)研究了两种双级时效工艺(T7X-1:121℃×5 h+153℃×16h,T7X-2:121℃×5 h+133℃×16h)对超高强铝合金Al-12.26Zn-2.96Mg-2.49Cu-0.183Zr-0.0673Sr挤压材的组织与性能的影响。结果表明,双级时效后合金的力学性能减弱:其中T7X-1态显微硬度为207.2 HV、屈服强度为618.5 MPa,抗拉强度为650.5 MPa; T7X-2态的显微硬度为215.4 HV、屈服强度为639.4 MPa、抗拉强度为683.5 MPa。但是合金的抗腐蚀性能明显改善:T7X-1态电导率为32.7%IACS,提高了15.1%,晶间腐蚀等级为三级,最大晶间腐蚀深度为81.5μm,剥落腐蚀等级为PC级;T7X-2态电导率为28.9%IACS,晶间腐蚀等级为四级,最大晶间腐蚀深度为119.4μm,剥落腐蚀等级为EA级。对比T7X-1与T7X-2两种双级时效工艺,合金经T7X-1处理后的综合性能更佳。  (4)参照钢的末端淬火实验,对超高强铝合金Al-12.26Zn-2.96Mg-2.49Cu-0.183Zr-0.0673Sr挤压材进行了端淬实验,实验表明合金的淬透深度在28 mm左右,淬透性约为56 mm。  本文研究首次发现:预变形处理和预回复处理可以在提高超高强铝合金强度的同时,明显改善合金的抗晶间腐蚀性能;而双级时效在显著改善合金抗腐蚀性能的同时仍可以保持非常高的强度,其中合金在预回复-T7X-1工艺下具备更加平衡的抗腐蚀性能与力学性能。这些发现为新一代超高强铝合金的研制和开发提供了科学依据。
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