Al-Zn-Mg-Cu高強鋁合金的成分設計與組織性能研究.pdf

1、Al-Zn-Mg-Cu合金作為一種高強變形鋁合金，廣泛應用于航空及民用工業(yè)等領域。盡管國內外對該系合金已經展開了較長時間的研究并取得了不少成果，但在合金的成分設計、微觀組織控制與性能預測方面，尤其是沉淀相的析出和演化規(guī)律方面仍不夠系統(tǒng)深入。
　　 本文利用熱力學計算軟件JMatPro和相應的鋁基合金數據庫，研究了結合正交試驗設計出的25種合金的化學成分對平衡相析出行為的影響，依據極差分析結果討論各平衡相的主要影響因素和變化趨勢，

2、并采用合理的模型對典型合金的力學性能和熱物理性能進行模擬，通過實驗測試驗證模擬結果的準確性。結果表明:Zn含量和Zn/Mg值的增加促進了室溫下合金中強化相η(MgZn2)相的生成，Cu/Mg值的升高會導致S(Al2CuMg)相的大量析出，Mg含量作為影響T(AlZnMgCu)相析出最主要的因素，會影響時效過程中η相向T相的轉變。經過成分優(yōu)化可知，在Zn含量為6.7wt％，Mg含量為2.2-2.5wt％，Cu含量為1.6-2.0wt％的范

3、圍內，室溫下生成η強化相的含量達到8.7-9.2wt％，并控制S相和T相的生成含量低于0.5wt％。通過對合金力學性能和熱物理性能的模擬，發(fā)現成分在Zn含量為6.7wt％，Cu含量為1.9wt％，Mg含量為2.7wt％時具有較高的強度，Cu或Mg含量過高都會導致合金強度顯著降低，同時在一定范圍內控制合金中Mg元素含量并適當提高Cu元素含量，有利于改善合金的抗應力腐蝕能力和導熱性能。強度和電導率的測試結果也進一步驗證了性能預測的可靠性。<

4、br>　　 制備了四種Zn、Mg和Cu元素含量不同的Al-Zn-Mg-Cu高強鋁合金，結合熱力學計算結果和實驗分析確定Al-Zn-Mg-Cu高強鋁合金的制備與加工方法。實驗表明，均勻化退火工藝可以有效改善元素偏析的現象，同時參考熱力學分析結果，選擇在合適的加工窗口進行軋制變形處理。依據合金亞穩(wěn)相的計算和析出動力學的評估結果，設計合金的固溶時效工藝為:經過470℃/1h固溶淬火后，依次進行120℃/24h的預時效處理，180℃/2h的回

5、歸處理和120℃/24h的再時效處理。
　　 通過對四種Zn、Mg和Cu元素含量不同的Al-Zn-Mg-Cu高強鋁合金的微觀組織分析后發(fā)現，在Zn/Mg值較高并且Cu含量較低的兩種合金（A3和A4）中，鑄態(tài)和均勻化退火態(tài)下析出η相含量較多，粗大S相的含量則較少。TEM分析鑄態(tài)合金中η相形貌及所占的體積分數與之前的計算結果相吻合。軋制與固溶處理后的兩種合金（A1和A2）中仍殘留一些壓碎的S相和Al7Cu2Fe相沿軋制方向排列，并出