Al-Zn-Mg-Cu-Zr-(Sc)合金的蠕变时效硬化行为及力学性能研究

作者：王莹

来源：硕士, 郑州大学, 2018.

• Al-Zn-Mg-Cu-Zr-（Sc）合金
• 蠕变时效
• 时效硬化
• 应力状态
• 应变状态

Al-Zn-Mg-Cu-Zr系合金是目前应用较为广泛的高强、高韧铝合金,是飞机制造等领域不可缺少的结构材料。向Al-Zn-Mg-Cu-Zr系合金中添加少量的Sc可显著改善合金的力学性能。蠕变时效成形是一项新的成形加工技术,特别适用于具有复杂弯曲外形和内部结构的飞机机翼及整体壁板的成形制造,具有很好的发展前景。然而,该技术在实际应用中还有许多问题需要研究。为此,本文作者制备了三种不同Sc含量的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金板材,并通过三点弯曲加载方式对合金板材进行120℃蠕变时效,对比研究了Sc、应力和应变状态对合金的蠕变时效硬化行为、回弹现象、拉伸性能及其各向异性的影响,对Sc及蠕变时效对合金的疲劳性能的影响也进行了初步研究。主要研究内容和结论如下:（1）利用金相显微镜和扫描电镜对制备合金的铸态、均匀化及挤压态组织进行了分析。结果表明:向Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中添加少量Sc,可使合金的铸态组织由粗大的枝晶转变为细小的等轴晶,且随Sc含量的增加,合金组织更细小;均匀化处理可以消除合金中的枝晶偏析,但晶粒仍保持均匀细小分布;挤压变形使合金晶粒沿挤压方向变为纤维状,而垂直于挤压方向仍为均匀的等轴晶。（2）对比研究了Sc、应力和应变状态对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金蠕变时效硬化行为的影响。结果表明,向Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中添加少量的Sc,可以提高合金的初始硬度和峰值硬度;与无应力时效相比,蠕变时效降低了合金的时效硬度。在拉应力状态下进行蠕变时效时,合金的时效硬度均高于压力状态下进行蠕变时效的合金;应变状态对合金蠕变时效硬化行为有一定影响。在弹塑应变状态下进行蠕变时效时,合金的初始硬度明显高于在弹性应变状态下进行蠕变时效的合金,但合金的时效硬化速率相对较低,当达到峰值时效时,合金的峰值硬度与弹性应变状态下进行蠕变时效合金的峰值硬度没有明显差别。（3）对Sc和应变状态对蠕变时效Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金板材的回弹现象的影响进行了研究。结果表明,含Sc的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金板材在蠕变时效后具有较高的回弹率;在弹塑性应变状态下进行蠕变时效时,合金板材的回弹率明显低于弹性应变状态下进行蠕变时效的合金。（4）研究了Sc及蠕变时效对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的拉伸性能及其各向异性的影响。结果表明,加Sc对无应力时效和蠕变时效Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的拉伸性能均有一定的改善作用;与无应力时效合金相比,蠕变时效合金的拉伸性能有所降低;无应力时效和蠕变时效合金的拉伸性能均表现出明显的各向异性。加Sc对改善合金拉伸性能的各向异性没有明显作用;不同的应变状态对蠕变时效合金拉伸性能各向异性的影响有所不同,弹性应变状态对合金拉伸性能各向异性没有明显影响,但在弹塑性应变状态下进行蠕变时效,可显著降低合金拉伸性能的各向异性。（5）研究Sc和蠕变时效对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金疲劳性能的影响。结果表明;Sc可在一定程度上改善Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的疲劳性能,且适当增加Sc含量,有利于提高合金的疲劳寿命;与无应力时效相比,蠕变时效降低了合金的疲劳性能。

• 出版日期2018
• 单位郑州大学