高强铝合金本构研究

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1、中北大学信息商务学院2012届本科毕业论文高强铝合金本构研究第1章绪论1.1铝及铝合金发展概述铝是一种轻金属,密度小(2.79/cm3),具有良好的强度和塑性，铝合金具有较好的强度，超硬铝合金的强度可达600Mpa，普通硬铝合金的抗拉强度也达200-450Mpa，它的比钢度远高于钢。铝还具有良好的抗腐蚀性能和较好的塑性，适合于各种压力加工[1]。1.2超高强度铝合金主要特点和应用超高强度铝合金是广泛应用于航空航天、交通运输和其它工业部门的重要结构材料之一，具有强度高、密度小，以及优良的综合性能。世界各国都非常重视对超高强度

2、铝合金的研究。超高强度铝合金采用铸造、粉末冶金、电磁搅拌和喷射成形等技术制坯，采用轧制、挤压、锻造等技术进行加工，采用固溶时效方式对合金进行强韧化处理。由于合金的化学成分、熔炼和凝固方式、加工工艺及热处理制度不同，合金的性能差异很大[3]。1.3超高强度铝合金微观组织及性能1.3.1合金元素Zn元素是超高强度铝合金中的重要元素，但单独加入Al中，对合金强度的提高十分有限，同时还使应力腐蚀开裂倾向增加；而同时加入适量的Mg，形成MgZn2强化相，可显著提高铝合金的强度；在A1-Zn-Mg基础上再加入Cu元素，形成A1-Zn-

3、Mg-Cu系合金，其强化效果在所有铝合金中最大，Cu与Al、Mg结合形成Al2CuMg相也可起强化作用。为了得到高的合金化强化效果、致密细小的显微组织和优良的机械特性，世界各国对超高强度铝合金的成分设计进行了大量的研究，研制成功了多种高性能合金，如著名的7075、7034、7055合金等[4]。1.主合金元素Zn与Mg在Al-Zn-Mg-Cu系合金中是形成强化相的主要元素,第34页共34页中北大学信息商务学院2012届本科毕业论文对合金产生明显的强化作用。当Zn：Mg=5：2～7：1时，其主要强化相为η′(MgZn)及η(

4、MgZn2)，常见的7000系铝合金多为此类。这些合金的强度随着Zn含量的增加而增加，但当Zn含量超过7%时，合金与断裂韧性相关的性能急剧降低，焊接性能、耐蚀性能显著恶化。Mg含量超过形成MgZn2相所需的量时,还会产生补充强化作用。Cu在Al中可通过固溶强化和增加沉淀相弥散度强烈提高合金的室温强度，改善晶间结构，如晶界沉淀相、晶界无沉淀析出带。合金中的Cu大部分溶入η相(MgZn2)和T相(Al2Mg2Zn3)内，少数溶于α（Al）中。此外，在Zn含量较高的铝合金中，Cu可以溶入GP区，提高GP区的稳定温度范围，延缓时效

5、析出[5]。Cu还能降低晶间和晶界之间的电位差，使腐蚀得以均匀进行。Cu对断裂韧性的影响与Zn/Mg比值有关，当Zn/Mg比值较小时，Cu含量越高韧性越差；当Zn/Mg比值较大时，即使Cu含量较高，韧性仍然很好。在超高强铝合金中保持较高的Zn/Mg和Cu/Mg是得到良好性能的基础[6]。2.微量合金元素（1）Zr的影响Zr元素在合金中通常是以Al3Zr的形式存在，可以阻止再结晶的发生。不同的Zr含量将导致Al3Zr的体积百分数及尺寸的不同，随着Zr含量的增加，颗粒发生细化、再结晶分数减小。在铸造过程中从晶界到晶粒中心Zr元

6、素存在偏析；在最靠近晶界处，由于Zr含量低于固溶极限，没有弥散物析出；在晶界和晶粒中心间，Zr含量存在着一个转变区，形成了少量的粗大弥散颗粒；晶粒中心Zr含量最高，形成了细小、均匀形核的弥散颗粒。同时也发现，Zr含量降低0.2％，再结晶分数加倍。在一定含量范围内Zr的添加有利于细化合金晶粒，超过这个范围继续增加Zr含量，合金晶粒度增大。Zr对合金的时效硬化过程也有明显的影响，Al3Zr可增加合金的位错密度，抑制亚晶界的移动。同时发现Al3Zr粒子周围存在尺寸较大的η相[7]。(2)Li、Cr、Ni及其它元素的影响Li对70

7、00系铝合金有一定的影响。一般认为，自然时效时Li可以阻止GP区和亚稳相MgZn2。的形成。在7000系铝合金中加入适量的Li(≤1wt％)及微量的晶粒细化剂后，与常规超硬铝合金(7075)在同样热处理工艺条件下获得的性能相比，强度可提高20％以上，同时具有很好的韧性。通常情况下，合金拉伸试样的断口形貌为穿晶与沿晶混合型。第34页共34页中北大学信息商务学院2012届本科毕业论文Cr对超高强铝合金也有很大的影响。Cr在A1中易形成(CrFe)A17，和(CrMn)Al13等金属间化合物，能够细化晶粒，阻止再结晶的形核和长大

8、过程，对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性[8]。Ni在超高强度铝合金中通常是以Al3Ni相的形式存在。Al3Ni相在超高强度铝合金中，对合金具有强化作用。Al3Ni相能加速铝合金的时效行为，并且随着Al3Ni相含量的增加，铝合金强度增大，延伸率降低。其它元素如Fe、Mn、s