【摘 要】
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随着航空航天事业的不断发展,为了提高竞争力,节约成本,飞机轻量化显得越来越重要。而与此同时,为了保证大型整体构件厚度方向性能的均匀性,迫切地需要开发出高强度、高韧性和低淬火敏感性的高性能铝合金。本文采用分级淬火的方法来研究Al-9.0Zn-2.5Mg-1.5Cu-0.15Zr-0.4Sc铝合金的淬火敏感性,绘制了该合金的时间—温度—转变(TTT)曲线和时间—温度—性能(TTP)曲线,利用差示扫描热
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随着航空航天事业的不断发展,为了提高竞争力,节约成本,飞机轻量化显得越来越重要。而与此同时,为了保证大型整体构件厚度方向性能的均匀性,迫切地需要开发出高强度、高韧性和低淬火敏感性的高性能铝合金。本文采用分级淬火的方法来研究Al-9.0Zn-2.5Mg-1.5Cu-0.15Zr-0.4Sc铝合金的淬火敏感性,绘制了该合金的时间—温度—转变(TTT)曲线和时间—温度—性能(TTP)曲线,利用差示扫描热分析(DSC)、X射线衍射物相分析(XRD)、透射电子显微镜观察(TEM)分析合金等温过程中的微观结构变化,结合Johnson-Mehl-Avrami方程研究合金分级淬火析出过程的相变动力学。另外采用数值模拟软件模拟了该合金采用不同淬火方式得到的温度场与应力场,得到如下结果:(1)Al-9.0Zn-2.5Mg-1.5Cu-0.15Zr-0.4Sc 合金 TTT 曲线和 TTP 曲线呈 C 型,鼻尖温度在330℃附近,孕育期不到3s;合金的淬火敏感区间为270℃～390℃,高温区(>390℃)淬火敏感性低于低温区(<270℃)。合金固溶后,在淬火敏感区间之内应快速冷却(大于15℃/s),以保证合金的整体性能,在该区间之外应该稍微降低冷却速率来控制材料的内应力。(2)等温保温时,Al-9.0Zn-2.5Mg-1.5Cu-0.15Zr-0.4Sc铝合金中会逐渐生成第二相,第二相的生成、粗化会导致其周围溶质原子浓度降低,这些第二相粒子在随后的生长过程中会进一步的消耗掉附近的溶质原子,使其周围溶质贫乏,易形成无沉淀析出带(PFZ),随着等温保温时间的增加PFZ逐渐宽化。(3)Al-9.0Zn-2.5Mg-1.5Cu-0.15Zr-0.4Sc 合金与 Al-9.0Zn-2.5Mg-1.5Cu-0.15Zr-0.2Sc合金相比,随着Sc含量的增加,合金中A13(Sc,Zr)粒子数量增加,该粒子可作为淬火过程中第二相异质形核的核心,促进了第二相粒子的非均匀形核,增加了合金的淬火敏感性。(4)通过数值模拟技术耦合了各场量变化情况,模拟结果显示:构件不同部位冷却速度不同,产生的热应力会经历由“外拉内压”至“外压内拉”的转变;与直接浸入淬火相比,分段淬火(455℃～390℃喷淋+390℃～270℃浸淬+270℃喷淋)可以大大降低合金的内应力,同时确保合金的性能不会显着降低。
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