7050高强铝合金反挤压及固溶时效热处理研究

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7050铝合金是典型高强Al-Zn-Cu-Mg合金,在航空航天、轨道交通、国防军工等领域有广泛的应用前景。目前,关于7050铝合金反挤压成形和后续固溶时效热处理工艺的研究较少,尚未明确反挤压和固溶时效工艺参数对微观组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响规律,难以为实际生产中高强铝合金的反挤压和热处理的提供理论依据。本文设计了 7050铝合金大规格杯形件反挤压成形装置,结合实验和数值模拟,研究了挤压温度对挤压方向(ED)和横向(TD)微观组织、力学性能和耐蚀性的影响规律。开展了不同制度的固溶与时效热处理,分析了固溶过程晶粒和第二相变化以及时效析出行为,研究了进一步提升反挤压件力学性能以及耐腐蚀性能的可行性。研究成果对高强铝合金反挤压和固溶时效工艺的制定具有重要意义,丰富和发展了 7xxx系铝合金挤压成形技术,具有重要的工程应用价值。本文主要工作和结论如下:(1)针对7050铝合金大规格杯形件,开展了不同挤压温度条件下的反挤压实验与数值模拟。数值模拟结果表明,随着挤压温度的升高,等效应变和温度场增大。分析了反挤压件ED和TD方向的微观组织和力学性能,发现当挤压温度较低时,ED和TD方向上的晶粒都呈纤维状,织构以变形织构为主;ED方向存在较多的细长S相以及少量的粗大含Fe相和细小MgZn2相,TD方向存在类圆形的第二相。随挤压温度的升高,动态再结晶和晶粒长大更为明显,减轻了塑性变形引起的晶粒拉长现象,Cube和Goss等再结晶织构的占比有所增加,基体中还出现了更多的细小第二相。随挤压温度的升高,反挤压件的抗拉强度增加,ED方向的延伸率和抗晶间腐蚀能力变化不大,TD方向的延伸率下降,但抗晶间腐蚀能力上升。(2)对7050铝合金反挤压件进行了不同固溶时间的热处理,研究了固溶时间对微观组织、力学性能和耐摩擦磨损性能的影响。研究表明,随着固溶时间的延长,ED方向上的晶粒长大较为明显,但TD方向的晶粒长大较为轻微。反挤压温度350℃的试样经过15 min固溶后出现了明显的再结晶晶粒;反挤压温度400℃的试样经过60 min固溶后出现再结晶晶粒;反挤压温度450℃的试样经过120min固溶后仍未出现再结晶晶粒。固溶时间较短时,基体中残留较多尺寸较大的第二相;随固溶时间的延长,更多的第二相溶解到基体中,但大尺寸的含Fe相始终不会溶解。反挤压件的抗拉强度随固溶时间的延长总体呈现升高的趋势。固溶时间为3 min时,抗拉强度比未进行热处理时差,随固溶时间延长,抗拉强度显著上升。固溶时间为3 min时,试样延伸率最高,随固溶时间的延长,延伸率的波动变化较大。摩擦系数随固溶时间的延长先上升后下降,在固溶时间60 min时达到最大值;磨损失重量在固溶时间为15 min最低,即固溶时间为15 min耐磨性最佳。随挤压温度的上升,试样摩擦系数下降,耐磨性随之升高。(3)针对350℃挤压温度获得的反挤压件,研究了不同时效制度对其析出相和耐腐蚀性能的影响。研究发现,T6试样的析出相以η’相为主,并包含少量GP区,其析出相尺寸最小,GBPs连续性最差,PFZ宽度最小,耐腐蚀性能、抗应力腐蚀性能最差;T73试样的η相数目最多,晶内析出相尺寸较大,GP区消失,GBPs表现出连续网状分布,PFZ宽度较大,耐腐蚀性能、抗应力腐蚀性能有所提升;T74试样晶粒内部析出了η相和η’相,晶界η相以板状为主,η相数目较少,GBPs连续性最差,PFZ宽度最大,耐腐蚀性能、抗应力腐蚀性能最佳。在酸性腐蚀介质中,T74试样的耐腐蚀性能最差,T6试样最佳。
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