7085高强铝合金锻造成形和组织性能研究

【摘要】航空航天需要采用高性能大型整体高强铝合金锻件,实现轻量化和高可靠性。新型7085高强铝合金锻件是国产大飞机用关键材料。目前,7085高强铝合金锻件面临精确调控成形和成性的难题。系统开展7085高强铝合金锻造成形和组织性能研究,对提高该合金锻件的形性一体化具有重要意义。本文针对7085高强铝合金锻件形性调控的需要,采用热模拟实验、力学拉伸、慢应变速率拉伸应力腐蚀测试、电化学腐蚀测试结合显微组织观察(OM、SEM、TEM)等测试分析手段以及有限元模拟,研究了7085铝合金初始状态对热变形行为和热加工图的影响,研究了7085铝合金变形和固溶回复再结晶组织演变,研究了形变回复再结晶对7085铝合金时效析出和性能的影响,研究了7085铝合金多向自由锻造、轮毂等温低速模锻塑性成形规律和组织性能,研究了多级时效热处理对7085铝合金锻件组织和性能的影响。主要研究结论如下：(1)研究和揭示了初始状态(均匀化态和变形退火态)对7085铝合金流变行为和加工图的影响。合金两种状态的流变应力随变形温度升高和应变速率降低而减小。在相同变形条件下,合金变形退火态的峰值流变应力显著高于均匀化态,尤其是在低温变形条件下。合金均匀化态和变形退火态的峰值流变应力能够采用含Zener-Hollomonparameter(Z)的双曲线正弦表示,其激活能分别为187.4kJ/mol和318.9kJ/mol。在相同变形条件下,合金均匀化态有效功率耗散低于变形退火态。合金均匀化态变形不稳定变形区域比变形退火态窄。合金两种状态的热变形行为和热加工图的差异主要与第二相粒子变形动态析出相关。(2)研究和揭示了热变形参数对7085铝合金变形和固溶过程回复再结晶的影响。随着变形温度的升高和应变速率的降低,亚晶尺寸增加,合金的主要变形机制由动态回复向动态再结晶转变。静态再结晶体积分数随着变形温度降低和固溶时间的延长而增加。综合考虑动态和静态再结晶,建立了变形-固溶再结晶图,确定了变形-固溶回复区。(3)研究和揭示了形变回复再结晶对7085铝合金时效析出和性能的影响。降低再结晶分数和细化亚结构,时效析出相分布更加均匀。减少再结晶体积分数和细化亚晶尺寸,合金的强度和抗应力腐蚀性能显著提高,合金的主要断裂模式由沿晶断裂向穿晶韧窝型断裂转变。(4)结合热力耦合有限元模拟和再结晶图,研究了预热温度和单次锻造量对7085铝合金多向锻造温度场和应变场的影响并研究了厚截面锻件沿厚度方向组织和性能。提高锻造温度和降低单次锻造量能够提高锻件温度场和应变场的均匀性。锻件从表层到心部,亚晶尺寸减小,强度和抗应力腐蚀性能提高。(5)建立了7085铝合金轮毂锻件等温低速模锻成形的热力耦合三维刚塑性有限元模型,揭示了轮毂等温低速模锻成形金属流动规律和充填机理,优化了等温低速模锻预成形坯和工艺参数。采用等温低速闭式模锻,制备了充填完整,流线完好和未再结晶的7085铝合金轮毂锻件。(6)研究和揭示了多级时效对7085铝合金锻件组织和性能的影响规律。与T6时效处理相比,合金采用回归再时效处理在保持强度相近的同时提高抗应力腐蚀性能。合金经多次回归再时效处理强度与回归再时效相近,抗剥落腐蚀、抗应力腐蚀性能与T74过时效相近。在双级时效过程中,随着第二级时效温度提高和时效时间延长,合金强度降低而抗应力腐蚀性能提高。采用过时效加峰值时效的三级时效热处理,合金的强度和抗应力腐蚀性能同时提高。
【作者】陈送义；
【导师】陈康华；
【作者基本信息】中南大学，材料科学与工程，2013，博士
【关键词】7085铝合金；热变形行为；热加工图；再结晶；等温锻造；多级时效；

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