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《高強(qiáng)鋁合金本構(gòu)研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院2012屆本科畢業(yè)論文高強(qiáng)鋁合金本構(gòu)研究第1章緒論1.1鋁及鋁合金發(fā)展概述鋁是一種輕金屬,密度小(2.79/cm3),具有良好的強(qiáng)度和塑性，鋁合金具有較好的強(qiáng)度，超硬鋁合金的強(qiáng)度可達(dá)600Mpa，普通硬鋁合金的抗拉強(qiáng)度也達(dá)200-450Mpa，它的比鋼度遠(yuǎn)高于鋼。鋁還具有良好的抗腐蝕性能和較好的塑性，適合于各種壓力加工[1]。1.2超高強(qiáng)度鋁合金主要特點(diǎn)和應(yīng)用超高強(qiáng)度鋁合金是廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸和其它工業(yè)部門的重要結(jié)構(gòu)材料之一，具有強(qiáng)度高、密度小，以及優(yōu)良的綜合性能。世界各國(guó)都非常重視對(duì)超高強(qiáng)度
2、鋁合金的研究。超高強(qiáng)度鋁合金采用鑄造、粉末冶金、電磁攪拌和噴射成形等技術(shù)制坯，采用軋制、擠壓、鍛造等技術(shù)進(jìn)行加工，采用固溶時(shí)效方式對(duì)合金進(jìn)行強(qiáng)韌化處理。由于合金的化學(xué)成分、熔煉和凝固方式、加工工藝及熱處理制度不同，合金的性能差異很大[3]。1.3超高強(qiáng)度鋁合金微觀組織及性能1.3.1合金元素Zn元素是超高強(qiáng)度鋁合金中的重要元素，但單獨(dú)加入Al中，對(duì)合金強(qiáng)度的提高十分有限，同時(shí)還使應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向增加；而同時(shí)加入適量的Mg，形成MgZn2強(qiáng)化相，可顯著提高鋁合金的強(qiáng)度；在A1-Zn-Mg基礎(chǔ)上再加入Cu元素，形成A1-Zn-
3、Mg-Cu系合金，其強(qiáng)化效果在所有鋁合金中最大，Cu與Al、Mg結(jié)合形成Al2CuMg相也可起強(qiáng)化作用。為了得到高的合金化強(qiáng)化效果、致密細(xì)小的顯微組織和優(yōu)良的機(jī)械特性，世界各國(guó)對(duì)超高強(qiáng)度鋁合金的成分設(shè)計(jì)進(jìn)行了大量的研究，研制成功了多種高性能合金，如著名的7075、7034、7055合金等[4]。1.主合金元素Zn與Mg在Al-Zn-Mg-Cu系合金中是形成強(qiáng)化相的主要元素,第34頁(yè)共34頁(yè)中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院2012屆本科畢業(yè)論文對(duì)合金產(chǎn)生明顯的強(qiáng)化作用。當(dāng)Zn：Mg=5：2～7：1時(shí)，其主要強(qiáng)化相為η′(MgZn)及η(
4、MgZn2)，常見(jiàn)的7000系鋁合金多為此類。這些合金的強(qiáng)度隨著Zn含量的增加而增加，但當(dāng)Zn含量超過(guò)7%時(shí)，合金與斷裂韌性相關(guān)的性能急劇降低，焊接性能、耐蝕性能顯著惡化。Mg含量超過(guò)形成MgZn2相所需的量時(shí),還會(huì)產(chǎn)生補(bǔ)充強(qiáng)化作用。Cu在Al中可通過(guò)固溶強(qiáng)化和增加沉淀相彌散度強(qiáng)烈提高合金的室溫強(qiáng)度，改善晶間結(jié)構(gòu)，如晶界沉淀相、晶界無(wú)沉淀析出帶。合金中的Cu大部分溶入η相(MgZn2)和T相(Al2Mg2Zn3)內(nèi)，少數(shù)溶于α（Al）中。此外，在Zn含量較高的鋁合金中，Cu可以溶入GP區(qū)，提高GP區(qū)的穩(wěn)定溫度范圍，延緩時(shí)效
5、析出[5]。Cu還能降低晶間和晶界之間的電位差，使腐蝕得以均勻進(jìn)行。Cu對(duì)斷裂韌性的影響與Zn/Mg比值有關(guān)，當(dāng)Zn/Mg比值較小時(shí)，Cu含量越高韌性越差；當(dāng)Zn/Mg比值較大時(shí)，即使Cu含量較高，韌性仍然很好。在超高強(qiáng)鋁合金中保持較高的Zn/Mg和Cu/Mg是得到良好性能的基礎(chǔ)[6]。2.微量合金元素（1）Zr的影響Zr元素在合金中通常是以Al3Zr的形式存在，可以阻止再結(jié)晶的發(fā)生。不同的Zr含量將導(dǎo)致Al3Zr的體積百分?jǐn)?shù)及尺寸的不同，隨著Zr含量的增加，顆粒發(fā)生細(xì)化、再結(jié)晶分?jǐn)?shù)減小。在鑄造過(guò)程中從晶界到晶粒中心Zr元
6、素存在偏析；在最靠近晶界處，由于Zr含量低于固溶極限，沒(méi)有彌散物析出；在晶界和晶粒中心間，Zr含量存在著一個(gè)轉(zhuǎn)變區(qū)，形成了少量的粗大彌散顆粒；晶粒中心Zr含量最高，形成了細(xì)小、均勻形核的彌散顆粒。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，Zr含量降低0.2％，再結(jié)晶分?jǐn)?shù)加倍。在一定含量范圍內(nèi)Zr的添加有利于細(xì)化合金晶粒，超過(guò)這個(gè)范圍繼續(xù)增加Zr含量，合金晶粒度增大。Zr對(duì)合金的時(shí)效硬化過(guò)程也有明顯的影響，Al3Zr可增加合金的位錯(cuò)密度，抑制亞晶界的移動(dòng)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)Al3Zr粒子周圍存在尺寸較大的η相[7]。(2)Li、Cr、Ni及其它元素的影響Li對(duì)70
7、00系鋁合金有一定的影響。一般認(rèn)為，自然時(shí)效時(shí)Li可以阻止GP區(qū)和亞穩(wěn)相MgZn2。的形成。在7000系鋁合金中加入適量的Li(≤1wt％)及微量的晶粒細(xì)化劑后，與常規(guī)超硬鋁合金(7075)在同樣熱處理工藝條件下獲得的性能相比，強(qiáng)度可提高20％以上，同時(shí)具有很好的韌性。通常情況下，合金拉伸試樣的斷口形貌為穿晶與沿晶混合型。第34頁(yè)共34頁(yè)中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院2012屆本科畢業(yè)論文Cr對(duì)超高強(qiáng)鋁合金也有很大的影響。Cr在A1中易形成(CrFe)A17，和(CrMn)Al13等金屬間化合物，能夠細(xì)化晶粒，阻止再結(jié)晶的形核和長(zhǎng)大
8、過(guò)程，對(duì)合金有一定的強(qiáng)化作用，還能改善合金韌性和降低應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性[8]。Ni在超高強(qiáng)度鋁合金中通常是以Al3Ni相的形式存在。Al3Ni相在超高強(qiáng)度鋁合金中，對(duì)合金具有強(qiáng)化作用。Al3Ni相能加速鋁合金的時(shí)效行為，并且隨著Al3Ni相含量的增加，鋁合金強(qiáng)度增大，延伸率降低。其它元素如Fe、Mn、s
