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1、Al-Zn-Mg-Cu-Zr系合金是目前應(yīng)用較為廣泛的高強(qiáng)、高韌鋁合金,是飛機(jī)制造等領(lǐng)域不可缺少的結(jié)構(gòu)材料。向Al-Zn-Mg-Cu-Zr系合金中添加少量的Sc可顯著改善合金的力學(xué)性能。蠕變時(shí)效成形是一項(xiàng)新的成形加工技術(shù),特別適用于具有復(fù)雜彎曲外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的飛機(jī)機(jī)翼及整體壁板的成形制造,具有很好的發(fā)展前景。然而,該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中還有許多問(wèn)題需要研究。為此,本文作者制備了三種不同Sc含量的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金板材,并通過(guò)三
2、點(diǎn)彎曲加載方式對(duì)合金板材進(jìn)行120℃蠕變時(shí)效,對(duì)比研究了Sc、應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)對(duì)合金的蠕變時(shí)效硬化行為、回彈現(xiàn)象、拉伸性能及其各向異性的影響,對(duì)Sc及蠕變時(shí)效對(duì)合金的疲勞性能的影響也進(jìn)行了初步研究。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
(1)利用金相顯微鏡和掃描電鏡對(duì)制備合金的鑄態(tài)、均勻化及擠壓態(tài)組織進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:向Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中添加少量Sc,可使合金的鑄態(tài)組織由粗大的枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的等軸晶,且隨Sc含量的增加,
3、合金組織更細(xì)小;均勻化處理可以消除合金中的枝晶偏析,但晶粒仍保持均勻細(xì)小分布;擠壓變形使合金晶粒沿?cái)D壓方向變?yōu)槔w維狀,而垂直于擠壓方向仍為均勻的等軸晶。
(2)對(duì)比研究了Sc、應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)對(duì)Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金蠕變時(shí)效硬化行為的影響。結(jié)果表明,向Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金中添加少量的Sc,可以提高合金的初始硬度和峰值硬度;與無(wú)應(yīng)力時(shí)效相比,蠕變時(shí)效降低了合金的時(shí)效硬度。在拉應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行蠕變時(shí)效時(shí),合金的時(shí)
4、效硬度均高于壓力狀態(tài)下進(jìn)行蠕變時(shí)效的合金;應(yīng)變狀態(tài)對(duì)合金蠕變時(shí)效硬化行為有一定影響。在彈塑應(yīng)變狀態(tài)下進(jìn)行蠕變時(shí)效時(shí),合金的初始硬度明顯高于在彈性應(yīng)變狀態(tài)下進(jìn)行蠕變時(shí)效的合金,但合金的時(shí)效硬化速率相對(duì)較低,當(dāng)達(dá)到峰值時(shí)效時(shí),合金的峰值硬度與彈性應(yīng)變狀態(tài)下進(jìn)行蠕變時(shí)效合金的峰值硬度沒(méi)有明顯差別。
(3)對(duì)Sc和應(yīng)變狀態(tài)對(duì)蠕變時(shí)效Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金板材的回彈現(xiàn)象的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,含Sc的Al-Zn-Mg-Cu
5、-Zr合金板材在蠕變時(shí)效后具有較高的回彈率;在彈塑性應(yīng)變狀態(tài)下進(jìn)行蠕變時(shí)效時(shí),合金板材的回彈率明顯低于彈性應(yīng)變狀態(tài)下進(jìn)行蠕變時(shí)效的合金。
(4)研究了Sc及蠕變時(shí)效對(duì)Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的拉伸性能及其各向異性的影響。結(jié)果表明,加Sc對(duì)無(wú)應(yīng)力時(shí)效和蠕變時(shí)效Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的拉伸性能均有一定的改善作用;與無(wú)應(yīng)力時(shí)效合金相比,蠕變時(shí)效合金的拉伸性能有所降低;無(wú)應(yīng)力時(shí)效和蠕變時(shí)效合金的拉伸性能均表現(xiàn)出明顯的
6、各向異性。加Sc對(duì)改善合金拉伸性能的各向異性沒(méi)有明顯作用;不同的應(yīng)變狀態(tài)對(duì)蠕變時(shí)效合金拉伸性能各向異性的影響有所不同,彈性應(yīng)變狀態(tài)對(duì)合金拉伸性能各向異性沒(méi)有明顯影響,但在彈塑性應(yīng)變狀態(tài)下進(jìn)行蠕變時(shí)效,可顯著降低合金拉伸性能的各向異性。
(5)研究Sc和蠕變時(shí)效對(duì)Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金疲勞性能的影響。結(jié)果表明;Sc可在一定程度上改善Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的疲勞性能,且適當(dāng)增加Sc含量,有利于提高合金的疲勞壽命
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