含Sc超高強(qiáng)Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金熱模擬與熱處理研究.pdf

1、采用活性熔劑保護(hù)熔煉，水冷銅模激冷鑄造技術(shù)制備出一種含Sc超高強(qiáng)Al-Zn-Cu-Mg-Zr合金鑄錠。該合金鑄錠經(jīng)均勻化、熱軋、冷軋成2.3mm的薄板材。采用Gleeble-1500熱模擬實(shí)驗(yàn)研究了合金在380-470℃溫度和10-3_10s-1應(yīng)變速率范圍內(nèi)的熱壓縮變形行為，用差熱分析（DSC）、硬度和電導(dǎo)率測(cè)試方法，室溫拉伸、金相（OM）和電子顯微分析方法（TEM、SEM）研究了合金在不同熱處理工藝條件下的力學(xué)性能、顯微組織結(jié)構(gòu)及其

2、變化規(guī)律。結(jié)果表明： （1）合金高溫壓縮變形時(shí)的流變應(yīng)力取決于變形溫度和應(yīng)變速率。流變應(yīng)力先隨應(yīng)變速率增加迅速升高，達(dá)到應(yīng)力峰值后逐漸下降，隨后趨于穩(wěn)態(tài)流變。流變應(yīng)力隨變形溫度升高而降低，隨變形速率的提高而增大。 （2）合金高溫變形過(guò)程是一種類似于高溫蠕變的熱激活過(guò)程。該合金的高溫變形材料常數(shù)為：應(yīng)力指數(shù)n=7.16，應(yīng)力水平參數(shù)α=0.013，結(jié)構(gòu)因子A=4.71×1010，變形激活能Q=162.1KJ/mol。該合金

3、熱壓縮變形的流變應(yīng)力方程為：ε=5.952×108[sinh（0.021σ）]1/5.397 exp[-157900/RT] （3）合金在相同的應(yīng)變速率下，410℃以下主要為動(dòng)態(tài)回復(fù)過(guò)程，440℃時(shí)則發(fā)生了部分動(dòng)態(tài)再結(jié)晶；在相同的變形溫度下，隨應(yīng)變速率降低動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的程度加深。合金隨應(yīng)變速率降低和變形溫度升高，亞晶尺寸變大，合金由動(dòng)態(tài)回復(fù)向動(dòng)態(tài)再結(jié)晶轉(zhuǎn)變，其主要軟化機(jī)制是動(dòng)態(tài)回復(fù)伴隨動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。合金合宜的熱加工溫度范圍為380-

4、410℃。 （4）合金最佳單級(jí)固溶處理制度為475℃/40min，經(jīng)120℃/24h時(shí)效處理后，合金的抗拉強(qiáng)度σb、屈服強(qiáng)度σ0.2和延伸率δ分別達(dá)到676MPa、623MPa和8.1％。 （5）合金最佳雙級(jí)固溶處理制度為465℃/40min+490℃/30min，雙級(jí)固溶能有效地減小合金中粗大的過(guò)剩相，使組織更均勻，增加淬火后固溶體的過(guò)飽和度，提高了合金的時(shí)效強(qiáng)化效果。與單級(jí)固溶相比，合金抗拉強(qiáng)度提高了18MPa，屈服

5、強(qiáng)度提高了28 MPa，而塑性基本保持不變。 （6）合金固溶時(shí)效后的斷裂屬第二相引起的晶內(nèi)斷裂與晶界斷裂的混合型斷裂，雙級(jí)固溶后的晶界斷裂增加，斷口韌窩第二相粒子減少，可以避免粗大第二相顆粒引起的晶粒過(guò)早斷裂，使晶粒變形趨于均勻。 （7）雙級(jí)固溶后合金合宜的單級(jí)時(shí)效工藝為120℃/24h，在此工藝條件下，合金的σb、σ0.2、δ、硬度和電導(dǎo)率分別為694MPa、651MPa、7.9％、199HV和24.5％IACS；合宜

6、的雙級(jí)時(shí)效工藝為120℃/8h+160℃/16h，經(jīng)此雙級(jí)時(shí)效后，合金的σb、σ0.2、δ、硬度和電導(dǎo)率分別為628MPa、571MPa、8.9％、176HV和34.5％IACS。與單級(jí)時(shí)效相比，強(qiáng)度和硬度有所損失，電導(dǎo)率提高了10％IACS，表明合金抗應(yīng)力腐蝕性能有了較大改善。 （8）RRA處理過(guò)程中，回歸溫度和時(shí)間對(duì)合金性能影響很大。合宜的RRA處理工藝為120℃/24h預(yù)時(shí)效+180℃/30min回歸+120℃/24h再時(shí)

7、效。在此條件下，合金的σb、σ0.2、δ和電導(dǎo)率分別為687MPa、648MPa、7.4％和30.2％IACS。與單級(jí)時(shí)效比較，強(qiáng)度基本不變，而電導(dǎo)率和抗應(yīng)力腐蝕性能提高。 （9）合金經(jīng)單級(jí)時(shí)效后，晶內(nèi)觀察到大量彌散分布的η'相，晶界處基本為連續(xù)的平衡相；合金經(jīng)雙級(jí)時(shí)效后，晶內(nèi)組織有所粗化，晶界上分布著斷續(xù)狀析出相，伴之以無(wú)沉淀析出帶；合金經(jīng)RRA處理后，晶內(nèi)為均勻細(xì)小的η'相和少量的η平衡相，晶界處的平衡相粗化較明顯，呈斷續(xù)、