雜質(zhì)元素Si對(duì)超高強(qiáng)鋁合金組織和性能的影響.pdf

1、超高強(qiáng)鋁合金是航空航天工業(yè)中主要的結(jié)構(gòu)材料。近年來(lái)，高純度的超高強(qiáng)鋁合金的應(yīng)用比重日益增大，但有關(guān)雜質(zhì)元素對(duì)合金微觀組織和力學(xué)性能的影響缺乏針對(duì)性研究。本文以典型雜質(zhì)元素Si為研究對(duì)象，以7050合金為基礎(chǔ)添加不同含量的Si元素配制合金，通過(guò)熔鑄、均勻化退火、熱擠壓和固溶時(shí)效處理制備力學(xué)性能測(cè)試試樣，并通過(guò)常溫拉伸試驗(yàn)、斷裂韌性試驗(yàn)、掃描電鏡（SEM）、能譜分析（EDS）和金相顯微鏡（OM）等測(cè)試手段和方法，研究雜質(zhì)元素 Si對(duì)超高強(qiáng)鋁

2、合金微觀組織、力學(xué)性能和斷裂韌性的影響，并探討雜質(zhì)元素Si的存在形式、作用機(jī)理及容許限度。
　　Si元素在超高強(qiáng)鋁合金的存在形態(tài)與元素含量、熱處理狀態(tài)和加工方式密切相關(guān)。當(dāng)Si含量低于0.134wt.％時(shí)，合金中未發(fā)現(xiàn)明顯的含Si粗大析出相。在Si元素高于0.134wt.%的鑄態(tài)組織中，Si元素主要以粗大顆粒狀A(yù)lCuMgSi相（其中Si含量28wt.%）的形式富集在晶界上，同時(shí)有部分顆粒狀雜質(zhì)相（其中Si含量3wt.%）彌散分布

3、于晶內(nèi)；在均勻化退火組織中，晶界含Si析出相轉(zhuǎn)變?yōu)锳lCuFeSi相（其中Si含量5wt.%），而晶內(nèi)分布的Si元素仍以彌散的顆粒為主，且Si含量基本不變；在擠壓組織中，Al7Cu2Fe相和AlCuFeSi相等粗大不溶物被擠壓破碎，并沿加工方向排列，晶內(nèi)彌散的長(zhǎng)條狀析出相主要為 AlZnMgCuSi相以及和基體成分類(lèi)似的AlZnMgCu相；固溶時(shí)效處理后，粗大異質(zhì)相呈不規(guī)則顆粒狀分布于基體各處，數(shù)目隨Si含量升高而顯著增加，Si元素主要

4、以Si含量20%左右的AlCuMgSi相存在。
　　比較了雙級(jí)時(shí)效、MIL處理、RRA回歸再時(shí)效等多種熱處理制度下合金的性能。結(jié)果表明，雙級(jí)時(shí)效的溫度和時(shí)間對(duì)合金性能影響較大，預(yù)拉伸處理由于變形不均導(dǎo)致合金塑性下降，而采用RRA回歸再時(shí)效處理的7050合金具有最高的綜合性能，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到566.04MPa和590.86MPa，伸長(zhǎng)率11.18%，斷裂韌性41.15MPa.m1/2，為本試驗(yàn)中最佳熱處理工藝制度，并以此

5、工藝為基礎(chǔ)完成對(duì)其他合金的固溶時(shí)效處理。
　　常溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng) Si含量為0.134wt.%左右時(shí)拉伸力學(xué)性能最好，合金抗拉強(qiáng)度614.8MPa，屈服強(qiáng)度584.6MPa，伸長(zhǎng)率13.7%。當(dāng)Si含量高于0.134wt.%時(shí)，合金的各項(xiàng)性能均顯著下降，特別是 Si含量高于0.334wt.%時(shí)，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度相比峰值下降~14%，伸長(zhǎng)率下降~37%。合金塑性對(duì)Si元素更加敏感，Si含量的增加導(dǎo)致合金組織及形變不均勻會(huì)強(qiáng)烈

6、降低合金塑性。
　　斷裂韌性試驗(yàn)表明：Si元素強(qiáng)烈影響合金的斷裂韌性。隨著Si含量的增加，特別是當(dāng)合金Si含量大于0.344wt.%時(shí)，合金斷裂韌性顯著下降。Si含量0.491wt.%的合金斷裂韌性僅為Si含量0.033wt.%合金的56%。結(jié)合Hahn-Rosenfield模型探討了合金斷裂韌性與第二相粒子的關(guān)系，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的變化規(guī)律一致。Si元素形成的AlCuMgSi等粗大異質(zhì)相質(zhì)點(diǎn)的不利形狀、相對(duì)緊湊的分布排列以及它