【摘 要】
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Al-Mg-Si-(Cu)合金由于具有很多优良的性能,比如质量轻、可热处理强化、塑性好、加工成型性能优良以及焊接性能好等,而被广泛应用于交通运输领域。Al-Mg-Si-Cu合金的强度比Al-Mg-Si合金的更高。当Cu元素含量较高时,会降低材料的抗腐蚀性能,主要原因在于晶界处形成富含Cu元素的析出相和富铜薄膜。它们与晶界附近的贫溶质原子区之间存在腐蚀电位差,导致晶界具有较大的腐蚀驱动力。本文通过加
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Al-Mg-Si-(Cu)合金由于具有很多优良的性能,比如质量轻、可热处理强化、塑性好、加工成型性能优良以及焊接性能好等,而被广泛应用于交通运输领域。Al-Mg-Si-Cu合金的强度比Al-Mg-Si合金的更高。当Cu元素含量较高时,会降低材料的抗腐蚀性能,主要原因在于晶界处形成富含Cu元素的析出相和富铜薄膜。它们与晶界附近的贫溶质原子区之间存在腐蚀电位差,导致晶界具有较大的腐蚀驱动力。本文通过加工工艺的改进,进而调控铝合金的显微结构,最终提出制备具有良好综合性能的铝合金的优化方案。宏观性能评估采用显微硬度测试,拉伸性能测试和加速腐蚀试验的方法,显微结构表征利用扫描电子显微镜(SEM),电子背散射衍射(EBSD)技术,透射电子显微镜(TEM)和元素能谱分析(EDS)。主要结论如下:(1)相比传统T6人工时效,经预时效(180 oC时效10min,简称AA10min),冷轧变形(80%)和再时效(120 oC峰值时效120 h)组合工艺处理的Al-Mg-Si-Cu合金具有很好的抗腐蚀性能,较高的强度以及良好的延伸率。显微结构表征发现,强度的贡献主要来源于晶粒内细小弥散的板条状相,位错,以及位错胞与亚晶界的共同强化作用。晶界上更加均匀分布的溶质原子,降低了晶界的腐蚀敏感性。冷轧变形处理对晶界结构的改造,也会阻碍腐蚀的扩展。(2)对预时效为AA10min的Al-Mg-Si-Cu合金,通过控制冷轧过程的轧下量,可以改造铝合金晶粒内和晶界的结构,在经过后续时效处理(150 oC)时,可以进一步调控溶质原子的偏聚状态,进而影响合金的局部腐蚀行为。小变形量(5–10%)的峰值时效(150 oC时效8 h)样品,沿横断面、横截面和轧制平面的最大腐蚀深度很大。小变形样品具有较大的晶间腐蚀敏感性。中等变形量(20–40%)的样品,沿横断面、横截面和轧制平面的最大腐蚀深度都减少。合金的晶间腐蚀敏感性降低。同时,沿横截面与轧制平面上的晶间腐蚀扩展开始呈现差异性。大变形量(60–80%)的样品,沿横断面和横截面的最大腐蚀深度会继续减少,但是沿轧制平面的最大腐蚀深度会增大,呈现明显的各向异性。显微结构表征发现,变形量由小变形增至中等变形量时,晶间腐蚀敏感性降低的原因是Q相在大角度晶界上析出的数量减少,降低了大角度晶界的显微电化学差异性,提高了大角度晶界的抗腐蚀性能。此外,更加曲折和困难的晶间腐蚀路径也阻碍了晶间腐蚀的连续扩展。变形量由中等变形量增至大变形时,晶间腐蚀扩展深度增加。这是由于扁平的晶粒形状,导致晶间腐蚀更加容易扩展。(3)对预时效为AA10min的样品,通过引入不同的位错密度,可以改变合金晶粒内和晶界上溶质原子在后续时效过程中的偏析状态,进而改变合金的性能。20%变形量180 oC过时效处理48 h的样品,晶间腐蚀敏感性降低。40%变形量180oC峰值时效1 h的样品,晶间腐蚀敏感性较低,180 oC过时效处理48 h会增加晶间腐蚀敏感性。透射电镜观察可知:20%变形量过时效处理晶间腐蚀敏感性降低的原因是由于晶界上的Q相会发生粗化,导致析出相的间距增加,打断连续的腐蚀通道。40%变形量峰值时效的样品,溶质原子在晶界上的析出数量较少,因此增大了晶界的抗腐蚀性能。当过时效处理时,缺陷可以在晶界处发生回复和湮灭,从而能够促进更多的溶质原子往晶界处扩散,导致晶界上会有Q相析出。Q相与贫溶质原子区在晶界处形成腐蚀微电池,因此又会增加晶界的腐蚀敏感性。轧下量为40%的峰值时效样品,具有更高的强度和良好的抗腐蚀性能的组合。(4)后续时效过程中的溶质原子再析出过程与变形前处理的溶质原子偏聚状态有关。通过预时效处理可以调控变形前的溶质原子偏聚,这是一种有效改变显微结构进而改善铝合金局部腐蚀的方法。自然时效预处理1 d(简称NA1d),变形量为20%,再经后续150 oC峰值时效8 h时,腐蚀形式变为点蚀,具有最佳的抗晶间腐蚀性能。这主要是因为晶界上析出相的数量更少。180 oC预时效12 h(简称AA12h)的样品,抗晶间腐蚀性能较差。这是因为晶界上的Q相与晶界附近的贫溶质原子区之间的显微电化学差异性,导致晶界具有较大的晶间腐蚀敏感性。自然时效预处理时,晶粒内形成了两类析出相,一种是位于位错胞附近的长且弯曲的连续分布的,另一种是弥散分布的。AA12h峰值时效的样品,晶粒内的板条状相仍然存在,但是有序性变差,晶粒内仍然有大量的位错。
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