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1、7059鋁合金的熱變形特性及熱加工圖第1章緒論1.1課題研究目的及意義7059鋁合金為Al-Zn-Mg-Cu系新型超高強鋁合金，具有較高抗拉強度、較好的耐蝕性，以及優(yōu)良的加工性能，廣泛應用于航空航天、汽車制造等工業(yè)領域，成為該領域最重要的結構材料之一[1-4]。隨著航空航天事業(yè)的不斷發(fā)展，對航空航天材料的性能要求越來越高，而減輕材料的重量，是目前航空航天材料研究的主要方向之一。眾所周知，降低材料密度是減輕重量、提高比強度的最有效的方法之一，這也促進了超高強鋁合金在飛機工業(yè)上的廣泛應用[5,6]。美國與歐洲發(fā)達國家在飛機工業(yè)生產(chǎn)制造
2、方面，其飛機結構重量的三成以上，仍然采用的是Al-Zn-Mg-Cu系超高強鋁合金[7,8]。鋁合金作為結構材料，在民用客機制造領域具有不可替代的作用，在目前的生產(chǎn)制造方面和新型客機的研制方面，鋁合金仍然是結構材料的首選。而在軍用飛機領域，復合材料和鈦合金在大型整體構件上的應用取代了一部分鋁合金的用量，但是無法改變鋁合金在該領域的核心地位，尤其是在高強高韌材料方面，鋁合金的需求不降反增。針對超高強度鋁合金材料，新一代各用途大飛機提出了更嚴格的性能綜合匹配的要求[9]，因此材料科研工競相投入研究開發(fā)，試圖通過優(yōu)化合金成分、熱加工以及熱
3、處理工藝等手段來達到這一目的。這些研究，充分證明該系合金在航空航天工業(yè)中不可撼動的地位[10-13]。對于7059鋁合金這種新型合金的變形，目前還沒有相關文獻報道。本文深入研究7059鋁合金熱變形特性、變形過程中微觀組織的變化，構建合金的熱變形本構方程和熱加工圖，進而得到最優(yōu)化的熱加工工藝參數(shù)，研究結果對Al-Zn-Mg-Cu系合金的熱加工工藝提供理論指導和實際應用。.........1.27xxx系鋁合金的發(fā)展現(xiàn)狀早在1920年，Al-Zn-Mg系鋁合金已開始引起材料界各國科研人員的關注，德國科學家最先發(fā)現(xiàn)Mg、Zn元素在鋁合金
4、固溶時效后會形成大量MgZn2析出相，使該系合金有著較高的力學性能[14-16]。日本科學家在20世紀30年代通過增加合金主元素(Zn、Mg、Cu)等，開發(fā)出了著名的超高強度鋁合金ESD并憑借其較好的綜合性能率先在飛機制造業(yè)中得到應用。該合金的成功應用，使各國對Al-Zn-Mg-Cu系合金更加重視。1943年是Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金的發(fā)展歷程中具有紀念意義的一年，美國科學家J.A.諾克通過優(yōu)化成分設計，開發(fā)出至今仍在廣泛應用的超高強度鋁合金7075鋁合金[17-19]。1960年通過T73雙級過時效熱處理技術，使得7075
5、合金的得到廣泛應用。1956年，前蘇聯(lián)學者研制出當時合金化程度和強度最高的B96合金[20]，為Al-Zn-Mg-Cu系合金的研究指明了方向。1960年，美國科學家通過提高Zn/Mg比，開發(fā)出7049鋁合金。在此之后該團隊又在7075合金成分基礎上作出創(chuàng)新，研制出Al-Zn-Mg-Cu系合金中斷裂韌性最高的7475合金[21,22]，并成功應用于軍用飛機上。1971年，美國科學家以7075合金成分為基礎，增加Zn、Cu含量，并用Zr代替Cr開發(fā)出7050鋁合金，憑借優(yōu)良的綜合性能，成為抗壓結構件的首選材料[21-23]。1980年
6、前后，美國鋁業(yè)公司在7050和7150合金基礎上，進一步的提高Zn/Mg比，并降低雜質含量，研制出超高強7055鋁合金[24-26]。在2000年初，法國科學家在7055鋁合金基礎上，通過提高合金Zn含量的同時，降低Mg、Cu含量，提高合金的Zn/Mg比，開發(fā)出具有高強度、高斷裂韌性的7056鋁合金，該材料在航空航天領域中有廣泛前景[27-29]。..........第2章實驗材料及方法2.1實驗材料本論文所用的實驗材料為鑄態(tài)7059鋁合金。合金鑄錠由東北輕合金有限責任公司提供，其化學成分如表2-1所示。........2.2高溫
7、壓縮實驗采用線切割技術從7059鑄錠上切下若干個熱加工試樣，壓縮試樣尺寸為Φ8mm12mm。高溫熱壓縮在型號為Gleeble-1500D的熱模擬試驗機上進行，實驗設備如圖2-1所示，具體實驗方案見表2-2，實驗工藝如圖2-2所示。高溫壓縮實驗采用的設備為型號Gleebl-1500D的熱模擬試驗機，實驗工作原理如圖2-1所示。該設備采用計算機程序可以精確控制變形條件，對實驗數(shù)據(jù)進行實時跟蹤。在壓縮過程中，壓頭和試樣之間存在摩擦，進而會對實驗數(shù)據(jù)造成的誤差增大，因此在壓縮之前，試樣兩端黏貼一層薄石墨片來起潤滑作用從而減小摩擦。
8、試樣的加熱方法采用真空下電阻加熱，溫度由熱電偶實時控制，該熱偶焊在試樣側面的中部。整個實驗過程需在真空下完成，真空度達到初真空狀態(tài)，整個實驗過程的數(shù)據(jù)利用試驗機的微機處理系統(tǒng)進行自動采集。本實驗選用的變形溫度為330℃~450℃，應變速率為0.01
