高压处理对7075铝合金微观力学性能的影响.pdf

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1、第27卷第5期高压物理学报Vo1．27。No．52013年10月CHINESEJOURNALOFHIGHPRESSUREPHYSICS0ct．，2013文章编号：1000—5773(2013)5-0768—05高压处理对7075铝合金微观力学性能的影响王海燕，刘琳，谌岩，赵军。，刘建华，张瑞军(1．燕山大学应用化学河北省重点实验室，河北秦皇岛066004；2．唐山职业技术学院，河北唐山063000；3．北华航天工业学院材料工程系，河北廊坊065000；4．燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实

2、验室，河北秦皇岛066004)摘要：借助纳米力学测试系统测试了4GPa压力处理前、后7075铝合金的硬度、弹性模量和塑性变形量，并结合对其显微组织的观察，探讨了高压处理对7075铝合金微观力学性能的影响。结果表明：4GPa压力处理能增大7075铝合金的硬度和弹性模量，减小塑性变形量，有效地提高了合金抵抗变形的能力。关键词：7075铝合金；高压处理；力学性能中图分类号：O521．2文献标识码：A1引言7075铝合金是热处理可强化合金，具有高强度、低密度和良好的抗应力腐蚀能力等特点，已成为航空航天工

3、业中最受重视的结构材料之一[1。]。随着航空航天技术的迅速发展，对7075铝合金的使用性能提出了更高的要求。根据文献报道[5。]，采用高压处理可改善金属材料的组织及性能，这项技术已在钢铁及有色金属材料方面得到应用，但采用高压技术提高铝合金力学性能的研究报道甚少。再者，纳米压痕技术是近年来发展起来的一项新技术，与常规硬度测试技术相比，纳米压痕技术能反映材料本身的真实硬度特性，测试的数值更具可比性和客观性[8。。为此，本研究采用纳米压痕仪测试4GPa压力处理前、后7075铝合金的微观力学性能。2实验

4、方法实验材料是退火态7075铝合金，其化学成分(质量分数)为Al89．21、Zn5．68、Mg2．47、Cu1．69、Cr0．25、Fe0．35、Mn0．24、其余0．11。将退火态样品密封在石墨套管内，用叶蜡石作为传压介质，在CS一ⅡB型六面顶压机上进行高压处理，压力为4GPa，加热至475℃。保温60min后断电，保压冷却至室温。然后，将高压处理前、后的样品分别制备成尺寸为8mm×5mm的纳米压痕试样，利用Triboindenter型纳米力学测试系统测定其硬度和弹性模量，选用Berkovic

5、h压头，其曲率半径为150nm，系统的载荷分辨率为50nN，位移分辨率为0．01nm，施加最大载荷为1000肚N，加载和卸载速率均为100N／s，在最大载荷处持续时间为10s。实验结果均取5次测量结果的平均值。另*收稿日期：201212—28；修回日期：2013—06—13基金项目：河北省自然科学基金(E2013409002)；河北省教育厅青年基金(2011252)作者简介：王海燕(1974)，女，博士，教授，主要从事材料环境效应研究．E-mail：hywang@ysu．edu．cn通讯作者：张

6、瑞军(1962)，男，博士，教授，主要从事金属材料研究．E-mail：zhang~@ysu．edu．cn77O高压物理学报第27卷3．2微观力学性能图4为高压处理前、后7075铝合金的加载和卸载的载荷一压痕深度曲线。由图4可以看出，两种状态的7075铝合金的加载与卸载曲线均没有重合，表明两种状态的7075铝合金在压力作用下均发生了塑性变形。用卸载曲线和位移轴的交点与零点的距离(即残留压痕深度)来表征塑性变形的大小。表1为高压处理前、后7075铝合金试样的纳米压痕硬度(H)、弹性模量(E)、最大压

7、痕深度(h)和残余压痕深度(f)。可以看出，高压处理后7075Displacement／(nm)铝合金的纳米压痕硬度、弹性模量、最大压痕深度和残余压痕深度分别为1．81GPa、76．20GPa、图47075铝合金纳米压痕载荷一压痕深度曲线114．02nm和83．91nm，较高压处理前样品的硬度Fig．4Load—displacementcurvesfornano-indentation和弹性模量分别提高了26．579／6和22．10；而最大testsof7075aluminumalloy压痕深度

8、和残余压痕深度则分别降低了15．32和10．75。另外，由图4还可以看出，在最大载荷1000N保持10S后，两曲线上均出现微小的平台，表明合金产生了蠕变。高压处理前、后7075铝合金的蠕变量分别约为6．03和4．21nm，高压处理后7075l【Z11、0广1铝合金的蠕变量较高压处理前的小，说明高压处理后7075铝合金的抗塑性变形能力有所提高。表17075铝合金纳米压痕实验结果Table1Nano-indentationresultsofthe7075aluminumalloy图5为材料表面某一点