7059铝合金的热变形特性及热加工图

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1、7059铝合金的热变形特性及热加工图第1章绪论1.1课题研究目的及意义7059铝合金为Al-Zn-Mg-Cu系新型超高强铝合金，具有较高抗拉强度、较好的耐蚀性，以及优良的加工性能，广泛应用于航空航天、汽车制造等工业领域，成为该领域最重要的结构材料之一[1-4]。随着航空航天事业的不断发展，对航空航天材料的性能要求越来越高，而减轻材料的重量，是目前航空航天材料研究的主要方向之一。众所周知，降低材料密度是减轻重量、提高比强度的最有效的方法之一，这也促进了超高强铝合金在飞机工业上的广泛应用[5,6]。美国与欧洲发达国家在飞机工业生产制造

2、方面，其飞机结构重量的三成以上，仍然采用的是Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金[7,8]。铝合金作为结构材料，在民用客机制造领域具有不可替代的作用，在目前的生产制造方面和新型客机的研制方面，铝合金仍然是结构材料的首选。而在军用飞机领域，复合材料和钛合金在大型整体构件上的应用取代了一部分铝合金的用量，但是无法改变铝合金在该领域的核心地位，尤其是在高强高韧材料方面，铝合金的需求不降反增。针对超高强度铝合金材料，新一代各用途大飞机提出了更严格的性能综合匹配的要求[9]，因此材料科研工竞相投入研究开发，试图通过优化合金成分、热加工以及热

3、处理工艺等手段来达到这一目的。这些研究，充分证明该系合金在航空航天工业中不可撼动的地位[10-13]。对于7059铝合金这种新型合金的变形，目前还没有相关文献报道。本文深入研究7059铝合金热变形特性、变形过程中微观组织的变化，构建合金的热变形本构方程和热加工图，进而得到最优化的热加工工艺参数，研究结果对Al-Zn-Mg-Cu系合金的热加工工艺提供理论指导和实际应用。.........1.27xxx系铝合金的发展现状早在1920年，Al-Zn-Mg系铝合金已开始引起材料界各国科研人员的关注，德国科学家最先发现Mg、Zn元素在铝合金

4、固溶时效后会形成大量MgZn2析出相，使该系合金有着较高的力学性能[14-16]。日本科学家在20世纪30年代通过增加合金主元素(Zn、Mg、Cu)等，开发出了著名的超高强度铝合金ESD并凭借其较好的综合性能率先在飞机制造业中得到应用。该合金的成功应用，使各国对Al-Zn-Mg-Cu系合金更加重视。1943年是Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的发展历程中具有纪念意义的一年，美国科学家J.A.诺克通过优化成分设计，开发出至今仍在广泛应用的超高强度铝合金7075铝合金[17-19]。1960年通过T73双级过时效热处理技术，使得7075

5、合金的得到广泛应用。1956年，前苏联学者研制出当时合金化程度和强度最高的B96合金[20]，为Al-Zn-Mg-Cu系合金的研究指明了方向。1960年，美国科学家通过提高Zn/Mg比，开发出7049铝合金。在此之后该团队又在7075合金成分基础上作出创新，研制出Al-Zn-Mg-Cu系合金中断裂韧性最高的7475合金[21,22]，并成功应用于军用飞机上。1971年，美国科学家以7075合金成分为基础，增加Zn、Cu含量，并用Zr代替Cr开发出7050铝合金，凭借优良的综合性能，成为抗压结构件的首选材料[21-23]。1980年

6、前后，美国铝业公司在7050和7150合金基础上，进一步的提高Zn/Mg比，并降低杂质含量，研制出超高强7055铝合金[24-26]。在2000年初，法国科学家在7055铝合金基础上，通过提高合金Zn含量的同时，降低Mg、Cu含量，提高合金的Zn/Mg比，开发出具有高强度、高断裂韧性的7056铝合金，该材料在航空航天领域中有广泛前景[27-29]。..........第2章实验材料及方法2.1实验材料本论文所用的实验材料为铸态7059铝合金。合金铸锭由东北轻合金有限责任公司提供，其化学成分如表2-1所示。........2.2高温

7、压缩实验采用线切割技术从7059铸锭上切下若干个热加工试样，压缩试样尺寸为Φ8mm12mm。高温热压缩在型号为Gleeble-1500D的热模拟试验机上进行，实验设备如图2-1所示，具体实验方案见表2-2，实验工艺如图2-2所示。高温压缩实验采用的设备为型号Gleebl-1500D的热模拟试验机，实验工作原理如图2-1所示。该设备采用计算机程序可以精确控制变形条件，对实验数据进行实时跟踪。在压缩过程中，压头和试样之间存在摩擦，进而会对实验数据造成的误差增大，因此在压缩之前，试样两端黏贴一层薄石墨片来起润滑作用从而减小摩擦。

8、试样的加热方法采用真空下电阻加热，温度由热电偶实时控制，该热偶焊在试样侧面的中部。整个实验过程需在真空下完成，真空度达到初真空状态，整个实验过程的数据利用试验机的微机处理系统进行自动采集。本实验选用的变形温度为330℃~450℃，应变速率为0.01