al-zn-mg-cu合金热处理工艺及组织性能的研究

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1、原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：隘塑日期：丝年卫月坐日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复

2、印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名：址导师签每夕谊日期：业年丝月半日＼中南大学博士学位论文摘要A1．Zn．Mg．Cu铝合金具有比强度高、价格低廉及加工性能良好等优点，被广泛用作航空航天领域的结构材料。近年来，随着航空航天事业的不断发展和国防现代化建设步伐的加快，我国对大型飞机的需求也日益紧迫，这就急需高性能的A1．Zn．Mg．Cu铝合金板材。本论文工作依托国防重点攻关项目《××××铝合金板材研制》，以航空用A1．Zn。Mg．C

3、u合金为研究对象，采用热加工模拟、室温拉伸、硬度、电导率、疲劳裂纹扩展、剥落腐蚀和应力腐蚀等实验方法及金相显微镜(OM)、电子显微镜(SEM、TEM)、差热分析(DSC)、背散射电子衍射(EBSD)和X射线衍射(XRD、Micro．XRD)等检测手段，系统研究了合金在不同热加工工艺和热处理条件下的显微组织、性能及其变化规律，并从理论上进行了分析与讨论，旨在为制定和优化合金热加工工艺、热处理工艺以及改善合金性能提供理论依据。试验结果表明，铸态A1．Zn．Mg．Cu合金中Zn、Mg和Cu等元素偏聚在晶界处，形成了含有T1相(MgZn2)、S相(

4、A12CuMg)和T相(AlZnMgCu)的低熔点共晶组织，该共晶组织的熔点为475．2℃。铸态合金经过465℃／24h均匀化处理后，低熔点共晶相基本被消除，而A17Cu2Fe相则很难溶入到基体中。Cr元素在A1．Zn．Mg．Cu合金中形成了A118M93Cr2相(E相)，主要分布在基体中。经过均匀化处理后，E相没有发生明显变化。Er元素在A1．Cu．Mg．Er合金凝固过程中主要偏聚在晶界处，形成了A18Cu4Er三元相。A18Cu4Er相在均匀化过程中不能被消除，而是在轧制过程中被轧碎，沿晶界呈条带状分布。本文发现在础．Cu-Mg-Er合

5、金基体中有少量的二次析出的A13Er相存在。研究了A1．Zn．Mg．Cu合金的热变形行为，结果表明变形温度低于390℃时，合金组织仅发生动态回复；变形温度为420℃时，合金组织已发生了动态再结晶。合金适宜的热加工温度范围为330℃~400℃，变形速率为O．1s～。根据热变形结果，计算出合金的热变形激活能为192．6KJ／mol，并据此构建了合金的热变形本构方程。确定了合金的最佳T761工艺为125℃／3h+170℃／10h，在此条件下，合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率和电导率分别为498MPa、429MPa、12．1％和40．2％IACS。

6、确定了合金的最佳回归再时效工艺为120℃／25h+190℃／10min+120℃／25h，在此条件下，合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率和电导率分别为554MPa、507MPa、16．5％和35．4％IACS，与T6态合金性能相当。采用上述T761工艺处理的A1．Zn．Mg．Cu合金板材满足AMS．4085B对合金性能的要求，并已经成功中南大学博士学位论文摘要应用于某大型飞机上。研究发现，在应力比为O．1、加载频率为10Hz条件下，RRA态A1．Zn．Mg．Cu合金的疲劳裂纹扩展速率要小于T761态合金。RRA态合金晶内析出了位错可切割的GP

7、区和11’相以及在晶界附近形成了较窄的无析出带，导致在裂纹扩展的Paris区形成了大量的二次裂纹使裂纹扩展路径复杂，从而提高了疲劳裂纹的扩展抗力。而T761态合金晶内则析出了位错不可切割的粗大”’相以及在晶界附近形成了较宽的无析出带，因而在裂纹扩展的Paris区有沿晶扩展的二次裂纹存在，使疲劳裂纹扩展抗力降低。通过对T761态A1．Zn．Mg．Cu合金疲劳短裂纹扩展的EBSD分析发现，短裂纹扩展路径的偏折是由于相邻晶粒的取向差较大而造成的。对T761态A1．Zn．Mg．Cu合金疲劳长裂纹尖端的塑性区进行了微区XRD分析，没有发现疲劳裂纹尖端

8、处的第二相回溶现象。EBSD观察发现，在长裂纹扩展时，裂纹的实际扩展路径倾向于沿晶界扩展。这表明，在疲劳裂纹尖端处，位于晶界的11平衡相不因位错的往复滑移而发生回溶。阐明了T76