Cu對Al-Zn-Mg合金時效微觀組織及性能影響研究.pdf

1、7XXX系Al-Zn-Mg超高強合金廣泛應用于航空航天和民用行業(yè)，是一種典型的可通過時效提高性能的合金。其時效強化過程主要通過微觀析出相實現(xiàn)。一般認為其時效析出序列為過飽和固溶體(S.S.S.S.)→GP(Ⅰ，Ⅱ)區(qū)→η'→η。因為對合金添加不同元素可改變其析出行為，所以對合金添加成分的影響一直是研究的熱點。Cu的添加被認為可以使Al-Zn-Mg合金時效過程產(chǎn)生一個快速的早期時效強化過程并提高GP-Ⅱ區(qū)以及亞穩(wěn)相η'的形核。但迄今為止對

2、于Cu的添加對合金時效行為的影響缺少細致的研究。
　　 本工作制備了4種不同Cu含量的Al-Zn-Mg合金鑄件，經(jīng)480℃均勻化和140℃固溶時效處理后，對合金進行了硬度測定、透射電子顯微鏡(TEM)分析、衍射斑點模擬、掃描透射電鏡(STEM)分析、能譜分析以及第一性原理計算等，對不同含量Cu的添加對其微觀組織的演變規(guī)律，性能及晶體結(jié)構(gòu)特征的影響進行了詳細的研究和闡述。主要內(nèi)容包括:
　　 4種合金硬度在140℃時效處理

3、過程中均呈現(xiàn)為初期快速增長，中期趨于平穩(wěn)，后期逐漸下降的規(guī)律;合金的硬度在Cu含量≤3％時隨Cu含量的上升而提高，而當Cu含量達到4％時合金的內(nèi)部顯微組織析出過程會發(fā)生變化從而降低其硬度。Cu有利于GP-Ⅱ區(qū)的形核，并且這種作用隨Cu含量的上升而增強。一定量的Cu(≤3％)可加速GP-Ⅱ區(qū)向η'相轉(zhuǎn)變并提高η'相的析出密度，而過量的Cu則會削弱這種作用。NC合金(Al-6.75wt.％Mg-2.78wt.％Zn)的時效析出序列為S.S.

4、S.S.→C.P.zone(Ⅰ，Ⅱ)→η'→η。而含Cu合金的時效析出序列為S.S.S.S.→G.P.zone(Ⅰ，Ⅱ)→η'→η precursor→η，其中η precursor被認為是由于Cu的添加而形成并起到延長時效過程，推遲向穩(wěn)定相的轉(zhuǎn)變的作用。
　　 編號C4合金（Al-6.87wt.％-2.89wt.％-3.92wt.％）中的η相具有與NC合金中η相相同的晶體結(jié)構(gòu)，但由于Al原子和Cu原子的取代其系統(tǒng)消光的特征被破

5、壞，從而觀察到原本不可見的位于(000.2n+1)η處點衍射斑點。C4合金中的η相的成分經(jīng)能譜實驗測定確定為Mg4Zn4Cu3Al，并通過理論計算加以驗證。通過第一性原理計算對Al原子和Cu原子對于MgZn2結(jié)構(gòu)中Mg原子和Zn原子的合理取代方式進行了討論，結(jié)果表明Al和Cu替代Mg會使結(jié)構(gòu)生成焓上升，而用Cu替代或與Al以一定比例替代Zn可使η相生成焓下降，并提出了C4合金中的η相最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的替代方式。隨Al-Zn-Mg-Cu合金中銅