高强铝合金电磁铸造及强韧化研究

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1、大连理工大学硕士学位论文摘要砧．Zn．Mg．Cu．Zr合金作为一种高强度铝合金广泛应用于航空航天领域。但由于合金化程度高，因而存在铸造成型困难、固溶不充分、断裂韧性差和抗应力腐蚀能力低等一系列问题。本文设计了一种新型A1-Zn．Mg．Cu．Zr合金，采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、电子探针、透射电镜及力学拉伸实验等测试分析手段，开展了电磁铸造技术及不同热处理制度对新型合金微观组织和力学性能影响的研究。分别采用电磁铸造技术和普通连铸技术制备了新型A1．Zn．Mg．Cu．Zr合金铸坯，研究了电磁场对合金铸态显微

2、组织、合金元素晶内固溶度和力学性能的影响。结果表明：采用电磁铸造技术制备的～．Zn．Mg．Cu．Zr合金具有良好的表面质量和均匀细小的显微组织，微观偏析程度降低，并且合金元素在晶虎的固溶度显著提高，相对于普通连铸，zn、Mg和Cu元素的晶内相对溶质固溶度分别由56％、62％和25％，提高到79％、74％和44％。新型A1．Zn．Mg．Cu-Zr合金经过轧制和120。C／24h(T6)时效后，强度和韧性较铸态大幅度提升。普通连铸合金L向的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为573MPa、502MPa和12．2％：对比普通

3、连铸，电磁铸造合金可在强度相当的情况下，延伸率约有30％的显著提高，这与电磁铸造提升晶内元素溶质固溶度和细化铸材的晶粒有关。对普通连铸AI-Zn．Mg-Cu-Zr合金锻件进行单级和双级时效处理。合金在120"C／24h单级时效处理后，L向的抗拉强度和屈服强度分别为588MPa和505MPa，延伸率为11．6％，电导率为33％IACS。在160℃二级时效过程中，晶内析出相长大缓慢，出现明显的晶界无析出带：合金强度在时效初期的2小时内迅速上升，随后逐渐下降；合金的延伸率则持续增加，拉伸断裂类型由时效初期的沿晶韧窝断裂转

4、变为后期的剪切和穿晶韧窝混合断裂。二级时效温度为170℃时，合金晶内和晶界沉淀相粗化严重，晶界无析出带较宽；时效1小时后合金强度达到峰值，然后急剧下降：合金的延伸率先上升后降低，断裂类型由时效开始的沿晶韧窝断裂转变为后期的韧窝断裂。结果表明，新型合金较优的双级时效工艺为120℃／6h+160℃／6h。在此工艺下，合金L向的抗拉强度和屈服强度分别为541MPa和514MPa，延伸率为10．3％，电导率为38％IACS，L．T向的断裂韧性可达43．7MPa·113¨z。关键词：A卜Zn-Mg—Cu—Zr合金；电磁铸造；

5、显微组织；时效处理；强韧化高强铝合金电磁铸造及强韧化研究StudyofElectromagneticCastingandStrengthening—TougheningofHighStrengthAluminumAlloyAbstract砧-Zn-Mg-Cu—Zrage-hardingalloys晰thhi曲strengthandlowdensityarewidelyusedinaerofield．However，aseriesofproblemssuchasdifficultiesincasting,insuff

6、icientsolidsolubility，lowfracturetoughnessandweakstress·corrosionresistancealsooccurbecauseofitshighalloying．Inthispaper,anewtypeofA1一Zn-Mg-Cu-Zralloyisdesigned．Withthemethodofusingopticalmicroscopy(OM)，X—raydiffractionspectrometryG珏①)，scanningelectronmicrosco

7、py(SEM)，electronicprobemicroanalysis(EPMA)，transmissionelectronmicroscopy(TEM)andtensiletest,theeffectsofelectromagneticcasting(EMC)anddifferentheattreatmentsonthemicrostructureandmechanicalpropertiesofalloyarestudied．A1·-Zn··Mg··Cu··Zraluminumalloyswereprepar

8、edbyelectromagneticcasting(EMC)anddirectchillcasting(DCC)，respectively．Theeffectsofelectromagneticfieldonas-castmicrostructure，alloyelementssolidsolubilityinsidecrystalsandmechanic