Mg含量对高锌Al-9Zn-xMg-1Cu合金淬火敏感性的影响

作     者：刘安民 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘胜胆

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：Al-Zn-Mg-Cu合金 Mg含量 沉淀强化 淬火敏感性 微观组织 力学性能 局部腐蚀性能 

摘      要：Al-Zn-Mg-Cu合金的淬火敏感性问题导致其厚截面材料的厚向性能不均匀,严重制约其应用。Mg作为主合金元素之一,是影响该系合金淬火敏感性的关键因素。本文采用浸入式末端淬火法获得400～4℃/s连续变化的淬火速率,通过硬度测试、电导率测试、室温拉伸测试、晶间腐蚀浸泡、剥落腐蚀浸泡、电化学测试,结合C曲线计算以及金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、几何相位分析和差式扫描量热等表征技术,研究了Mg含量(1wt.%、2wt.%和3wt.%)对Al-9Zn-x Mg-1Cu合金力学性能和局部腐蚀性能及其淬火敏感性的影响规律,探讨了影响机理。(1)揭示了Mg含量对合金时效沉淀相及其强化作用的影响规律。1Mg合金的时效强化相为η′相,2Mg和3Mg合金的强化相都为η′相和T′相。T′相引起的应变大于η′相,强化效果更好,但Mg含量变化对沉淀相引起的最大应变值影响不大。随着Mg含量的增加,η′相的体积分数、数量密度及其比例减小,T′相的变化则相反,沉淀相总的数量密度和体积分数增大。基于η′相和T′相的尺寸、体积分数和数量密度,计算和分析了它们对沉淀强化的贡献,计算结果与实验结果基本一致。(2)探明了Mg含量对合金强度及其淬火敏感性的影响规律,阐明了影响机理。在淬火速率为400～16℃/s范围内,合金的屈服强度随着Mg含量的增加而增大;在淬火速率为16～4℃/s范围内,1Mg合金的屈服强度最低,而2Mg和3Mg合金的屈服强度更高且相当。在淬火速率为400～70℃/s范围内,晶界是淬火诱导相主要的形核位置,随着Mg含量的增加,淬火诱导相的形核位点数量相差不大,但析出驱动力逐渐增大,导致合金的强度淬火敏感性升高且差别较小;在淬火速率为70～4℃/s范围内,随着Mg含量的增加,淬火诱导相的析出驱动力增大和晶内形核位点数量增加共同导致强度淬火敏感性显著升高。(3)探明了Mg含量对合金局部腐蚀性能及其淬火敏感性的影响规律,阐明了影响机理。在淬火速率为400～200℃/s范围内,随着Mg含量的增加,晶界η相的尺寸和相间距增大以及晶粒尺寸减小导致合金的耐腐蚀性能变好,晶间腐蚀和剥落腐蚀的最大深度减小。在淬火速率为200～4℃/s范围内,随着Mg含量的增加,晶界η相的活性增大和无沉淀析出带的宽度增加导致合金的耐腐蚀性能变差,最大腐蚀深度增大。随着Mg含量的增加,淬火诱导的晶界无沉淀析出带宽度的增加率和晶界η相中Mg元素含量的增加率快速增大,导致合金的晶间腐蚀和剥落腐蚀淬火敏感性升高。图76幅,表17个,参考文献128篇