基于应变诱导析出的形变热处理工艺对7055铝合金组织和性能的改善

来源 :北京科技大学 | 被引量 : 11次 | 上传用户:haizhi19841029
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航空航天工业的发展及其应用需求产生了如7055等一系列综合性能优异的高强铝合金。目前现有的微合金化以及热处理方式已经无法满足越来越高的工业使用需求。高强、高韧、高耐蚀性和高耐损伤容限性能成为该系合金的重要发展方向。组织细化已被证明能有效改善合金材料的强塑性和成形性,而将塑性变形和热处理相结合的中间形变热处理工艺是实现高强7000系铝合金组织细化的有效手段,其主要利用析出相粒子增强变形和促进晶粒细化。然而晶界析出相的尺寸和分布大大影响了沉淀强化型7000系铝合金的耐蚀性。采用形变和析出相结合的最终形变热处理工艺不仅能提高合金强度,还可改善晶界析出相的尺寸和分布,从而提高合金耐蚀性。本课题基于应变诱导析出原理研发了两种简单流程的形变热处理工艺。前者细化了晶粒,使高强7000系铝合金在保持高强度的同时塑性获得极大提高,后者改善了晶内析出相和晶界析出相特征,使得高强7000系铝合金获得了较高的强度和耐蚀性。通过热变形和过时效对比研究应变对析出相的影响,发现热变形会引起7055铝合金基体中MgZn2粒子的析出,并促使析出相球化和细化。因热变形引入的大量晶体缺陷(如位错、空位等)为析出相提供更多有利形核点,增加形核率从而细化析出相,而形成的析出相在界面能驱动下发生球化。利用控制变量法系统研究应变参数对7055铝合金组织结构的影响。随着变形量的增加,析出相逐渐被细化,数量增多,位错密度先增加后减小,晶粒宽度先减小后增加;变形温度升高/变形速率降低,析出相和位错胞的尺寸逐渐变大同时数量逐渐减少,位错密度降低,晶粒宽度逐渐增大。基于此提出了两套短流程的形变热处理工艺(新型中间形变热处理和最终形变热处理工艺)。在新型中间形变热处理过程中利用应变诱导析出的方法将细小弥散的球形析出相引入到合金基体中,在后续高温轧制中起到钉扎作用使得小角度晶界向大角度晶界转变,形成细小晶粒。构建了新型中间形变热处理细化晶粒的模型,阐明应变诱导析出粒子能够阻碍晶界和位错移动,钉扎位错形成高密度位错胞;中间高温短时退火可以产生静态回复使位错胞回复变成大量有序排布的多边形亚晶;后续高温变形中,应变诱导析出粒子仍然可以钉扎亚晶界,随累积应变进一步增大,亚晶界吸收位错,最终小角晶界逐渐转变成大角晶界产生晶粒细化效果。在不牺牲强度的前提下显著提高材料塑性。在新型最终形变热处理过程中,过时效温度下利用应变诱导析出原理加速了晶界连续析出相的回熔/断续化和细小晶内析出相的弥散析出,使合金强度和耐蚀性同时提高。
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