基于厚向组织性能考量的7B50铝合金中厚板回归再时效热处理

为解决T6态高强铝合金强度高而耐蚀性难以满足使用需求,采用三级时效工艺来改善析出强化相特别是晶界析出相的形貌、尺寸、分布等,并通过研究不同回归处理制度对组织、性能的影响而获得适宜7B50铝合金中厚板的三级时效工艺.研究发现提高回归温度或延长回归时间均会使中厚板心部及表层组织的晶内和晶界析出相发生粗化并析出稳定η-MgZn2相,导致强度下降、电导率上升,其中回归温度对强度和电导率的影响显著.三级时效处理虽使晶内析出相尺寸有所增加,但却使T6态连续分布的晶界析出相呈断续分布,结合心部和表层强度及电导率测量结果认为合适的回归处理制度为165℃/6 h.然而,热轧引起中厚板表层较心部更为严重的变形使表层含有更多的亚晶或亚结构且其分布更均匀,从而使表层更快到达峰时效,进一步的回归再时效处理则使表层析出更多稳定η相,而η相的形成与晶内析出相的粗化长大是造成表层和心部强度差异的关键.虽然淬火/三级时效态表层和心部的晶粒结构存在差异,且局部出现亚晶合并长大,但其对强度的提升效果远低于表层析出稳定η相所引起的强度下降.可见,三级时效工艺并不能缓解7B50铝合金中厚板心部和表层的性能差异,但可使表层和心部的强度、电导率满足某实际工况要求.     

喷射成形高锌Al-Zn-Mg-Cu合金的时效行为

系统研究了喷射成形高锌Al-Zn-Mg-Cu合金在不同时效处理条件下的显微组织与力学性能.结果表明:自然时效合金在晶界处已析出强化相;单级时效合金随时效时间的延长,晶内和晶界析出相逐渐粗化;双级时效合金的析出相进一步粗化,并且晶界析出相为断续特征;回归再时效合金具有较细的晶内组织及类似于双级时效的晶界组织.同时发现,双级时效合金的抗拉强度比峰时效合金的强度下降了13%左右,而回归再时效合金的强度优于峰时效合金的强度.     

断续时效对Al-Cu-Mg-Ag新型耐热铝合金抗腐蚀性能的影响

采用晶间腐蚀、剥落腐蚀、电化学分析和透射电子显微分析技术等研究断续时效处理对Al-Cu-Mg-Ag新型耐热铝合金微观组织与抗腐蚀性能的影响。研究结果表明:断续时效处理能够细化合金晶内和晶界析出相。单级时效试样晶界粗大的析出相呈不连续分布,晶界结构相当于一个宽大的无沉淀析出相(PFZ)上不连续分布着粗大的析出相。断续时效试样晶界细小的析出相呈链状分布,将晶界两边的PFZ隔离成2部分,腐蚀通道变窄,腐蚀电流密度减小,合金的抗晶间腐蚀和抗剥落腐蚀能力均得到提高。     

双级时效对7A52铝合金组织与性能的影响

采用拉伸力学性能测试、电导率测定、透射电镜分析等手段研究双级时效处理条件下7A52铝合金的力学性能、电导率和显微组织结构。研究结果表明:7A52铝合金适宜的双级时效工艺为105℃/8 h 130℃/14 h。在此条件下,合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率和电导率分别为500 MPa,444 MPa,11.1%和18.44 S/m。与单级峰值时效相比,强度并未明显降低而电导率有明显提高,表明合金抗应力腐蚀性能得到改善。双级时效后,合金的晶内组织为细小弥散分布的η′(MgZn2)相,晶界上有断续分布的晶界析出相MgZn2和较明显的无沉淀析出带。     

时效温度对Fe-Ni-Cr沉淀强化合金焊缝显微组织及力学性能的影响

采用OM、SEM等手段表征不同时效处理工艺下Fe-Ni基沉淀强化奥氏体合金焊缝显微组织;采用硬度显微仪表征时效温度对焊件力学性能的影响.结果表明:焊缝区分为垂直于焊接方向的柱状晶区和焊缝中心细小的等轴晶区,柱状晶区与等轴晶区有明显的分界线.同样保温8 h,当时效温度为640℃时,焊缝柱状晶区和等轴晶区均匀分布着细小的γ′颗粒,且晶界及晶内不存在η相的析出;随着时效温度的升高,晶界及晶内逐渐析出片状η相;当时效温度达到740℃时,晶界析出大量大尺寸片状η相.同时,γ′相的数量随着η相的析出而减少,η相的析出是以牺牲γ′相为代价的.因此,时效处理的保温温度应低于740℃.显微硬度测试结果表明,时效处理后的焊件硬度得到了显著提升.     

断续时效对7050铝合金强度和断裂韧性的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、常温拉伸及断裂韧性实验,研究断续时效对7050铝合金力学性能和断裂韧性的影响。研究结果表明:延长二级时效时间,合金强度先增大后减小,断裂韧性先减小后增大;在二级时效过程中,晶内发生了二次析出,小析出相对基体产生了额外的强化作用,使断续时效态合金强度比峰值时效态(T6)合金的强度更高;晶界析出相粗化不连续分布,使断裂韧性比T6态合金的更大;随着二级时效时间的延长,断裂方式由穿晶剪切断裂经沿晶断裂变为穿晶韧窝断裂。     

时效温度对890MPa级含铜钢组织与性能的影响

根据纳米析出强化机制,设计了一种屈服强度为890MPa的超高强海洋工程用钢——NEU890钢.在相同固溶条件下,研究了时效温度对NEU890钢显微组织、室温拉伸性能、-40℃ Charpy冲击功的影响.用透射电子显微镜分析纳米级析出相分布,并计算出其强度贡献值.结果表明,固溶态试样屈服强度为852MPa,500℃时效屈服强度达到峰值1026MPa,呈现典型时效析出强化特征.NEU890钢的脆性时效温度区间为300~500℃.当时效温度为550~600℃时,NEU890钢的屈服强度为994~910MPa,-40℃冲击功为108~166J,可满足EQ91钢拉伸和冲击性能指标要求.     

不同Cd含量对Al-Cu合金组织与性能的影响

通过室温拉伸、SEM、EDS和TEM分别对试样进行性能测试及微观表征,研究了不同Cd含量对Al-Cu合金微观组织和力学性能的影响.研究表明:在175℃人工时效过程中,不同Cd含量的合金具有相似的时效响应规律,Cd元素能促进合金强化相θ′的析出,与含质量分数为0.10%Cd的合金相比,含质量分数为0.19%Cd与0.36%Cd的合金达到峰时效的时间缩短且峰值硬度值提升.在峰时效状态下,当Cd元素质量分数从0.10%增加到0.19%时,合金屈服强度从384.2 MPa提升到422.8 MPa,延伸率从8.5%降到7.1%;Cd元素质量分数为0.36%时强度几乎不再变化,延伸率则继续下降至5.86%. TEM结果显示含质量分数为0.19%Cd的合金中析出相数量多且尺寸小,对合金析出强化效果更明显;当Cd质量分数为0.36%时,合金中析出相长度稍微变短,数量增多不明显.与此同时,含质量分数分别为0.19%和0.36%Cd的合金断口表面存在富Cd晶间残留相,这对Al-Cu合金性能的提升是有害的.     

双级时效对7050铝合金厚板断裂韧性的影响

采用金相组织观察、扫描电镜、透射电镜、常温拉伸和紧凑拉伸等方法,研究双级时效对7050铝合金厚板拉伸力学性能和断裂韧性的影响.研究结果表明:低温短时时效后晶内析出球状GP区和和η'相;过时效后,晶内析出粗大η相和少量η'相;随着时效时间的延长,晶界析出相粗化,并由连续分布变为非连续分布,无沉淀析出带变宽:强度先增大后减小,断裂韧性先减小后增大,断裂方式由延性穿晶剪切断裂经沿晶断裂转变为穿晶韧窝断裂.     

高Zn超高强铝合金的回归再时效处理

研究了不同回归再时效(RRA)制度对高Zn超高强铝合金的力学性能和微观组织的影响.研究结果表明:采用120 ℃×4 h预时效 回归30 min 120 ℃×24 h时效RRA处理时,可以使合金保持较高的强度,达到740～750 MPa,与T6态合金相比,其强度仅下降5%,晶内析出组织与T6态合金的组织基本相似,而晶界析出相聚集、粗化,与过时效相似;随着回归时间延长,合金的强度逐渐下降,而延伸率略有提高;采用较高的时效温度130 ℃进行RRA处理时,虽然合金强度仍然能够保持在700 MPa以上,但是Ag的加入促进了较高温度下晶内粗大平衡相的析出,极大地降低了合金的塑性.     

高锌超高强铝合金强韧化工艺研究

采用硬度测试、拉伸性能、紧凑型拉伸、透射电子显微镜等方法,研究了单级时效和双峰时效对高锌Al-Zn-Mg-Cu合金强度、断裂韧性的影响。以及时效过程中合金显微组织变化规律。研究结果表明:合金最佳单级时效工艺为120℃/24 h,此时合金晶内析出细小弥散的GP区和η’相,晶界析出相连续分布。此时合金强度最高,断裂韧性较差。最佳的双峰时效工艺为120℃/24 h+190℃/10 min,双峰时效处理后合金晶内分布着细小的η’相和少量GP区,晶界析出相断续分布。此时合金的强度相比于T6状态略有降低,断裂韧性大大提高。     

淬火速率对6016铝合金显微组织及力学性能的影响

通过对试样进行部分水冷淬火处理,在同一试样不同位置进行取样,采用透射电镜分析、维氏硬度测试及室温拉伸实验等方法,研究淬火速率对6016铝合金薄板显微组织及力学性能的影响。研究结果表明:合金淬火速率越高,自然时效过程中晶内析出的Ⅰ型原子团簇越多,从而T4态的硬度及强度也越高;而在欠时效状态下(180℃×1 h),Ⅰ型原子团簇溶解后析出强化相β″,Ⅱ型团簇转化为强化相β″,淬火速率为875.8℃/s的材料强化效果最为明显,其他位置试验样品的强化效果则随着淬火速率的降低而降低。当淬火速率为875.8℃/s时,材料自然时效14 d后性能仍然稳定,具有良好的塑性及成形性能,其伸长率为36.2%,屈服强度小于140 MPa,应变硬化指数为0.245,人工时效后屈服强度为250.9 MPa,抗拉强度为299 MPa,时效硬化强度为116.7 MPa。     

2099铝锂合金微观组织及性能的演变

对2099铝锂合金微观组织及性能在热机加工过程中的演变进行研究。研究结果表明:枝晶粗大,晶界偏析严重的铸态合金经双级均匀化(510℃/12 h+530℃/36 h)处理后,树枝晶消失,晶界偏析基本消除,晶界上残余有少量的Al Cu Fe Mn/Al Cu Mn颗粒。均匀化后的铸锭在450℃进行热挤压,获得直径为16 mm的合金棒。合金经固溶处理后,平行于挤压方向上,中心区域形成强的{111}?112?织构和次强的{111}?110?织构,表层区域形成{112}?110?织构。中心区域的织构强度较表层的强。合金心部和表层硬度(HV)分别为95和120。在峰时效条件下,大量的T1和δ′相以及少量的θ′相在基体中析出。合金相应的抗拉强度,屈服强度和伸长率分别为613 MPa,597 MPa和7.9%。随着时效时间的延长,合金应力腐蚀敏感性降低。在过时效条件下,合金获得理想的抗应力腐蚀性能,强度损失率为5.5%。     

马氏体时效不锈钢第二相溶析规律的研究

用物理化学电解提取与X射线结构分析方法研究了两种马氏体时效不锈钢(OOCr14Ni16MoNb与OOCr14Ni6MoTi)中第二相的溶析规律。发现前者中的第二相为MC(N_bC)、M_6C(Fe_3Nb_3C)、Z(FeCrN_hNi),后者中的第二相为MC(TiC)、MN(TiN)、X(FeCrNiTi)。实验指出OOCr14Ni6MoN_b钢中M_6C、Z相经1200℃固溶处理后要经770℃以上时效处理才能再行析出,试样的SEM象表明MC主要出现在晶界,M_6C、Z相主要出现在晶内。OOCr14Ni6MoNb钢经长期时效后未发现新相析出。OOCr14Ni6MoTi钢长期时效后有X相析出。     

热处理对CuNi2Si合金组织和性能的影响

研究了不同预冷变形条件下时效温度及时间对CuNi2Si合金组织和性能的影响.结果表明:合金在880 ℃×2.5 h固溶,经不同预冷变形后时效,具有较强的时效强化特性;同时预冷变形能够促进时效过程中第二相的析出,并具有晶界析出倾向;当预冷变形达40%,500 ℃×1 h时效,合金布氏硬度(HB)达193,抗拉强度(R_m)达765 MPa,伸长率达11%,与未进行预冷变形的合金相比,可获得较高的硬度、强度及较好的综合性能.合金热处理后的拉伸断口为韧性断裂,形貌特征为沿晶型韧窝,这与析出相具有晶界析出倾向的特性一致.     

时效时间对Al-Cu-Mn铸造合金物相组织的影响

Al-Cu-Mn铝合金在固溶处理后的时效过程中,可能有GP区、θ″、θ'和θ相等4种脱溶物相、二次T相、晶界及晶界析出相等。这些析出物相由于尺寸、分布及与基体的共格关系不同,其强化机制和效果有所不同。本研究拟以时效时间为变化参数,研究其对Al-Cu-Mn合金强度和塑性的影响,在此基础上分析该合金微观物相结构对宏观性能的影响。     

纯铜表面纳米化的微观结构演化及其力学性能研究

利用表面机械滚压处理（surface mechanical rolling treatment,SMRT）工艺在纯铜表面制备出梯度纳米结构层,获得了最表层为取向随机的纳米晶粒、亚表层的晶粒尺寸在厚度方向上呈梯度分布的结构层。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对微观组织进行表征,研究了晶界、位错、孪晶界等微观结构的演化。通过改变SMART工艺参数,在纯铜表面制备出不同厚度的梯度纳米结构层,对比分析了梯度纳米结构层厚度对纯铜力学性能的影响。结果表明：经SMRT后,试样距表面大约5 μm处的显微硬度高达1.56 GPa,其横截面的硬度随着距表面深度增加呈递减趋势;相比于粗晶铜,SMRT后纯铜的屈服强度提高了2倍多,而塑性损失很少,并且SMRT后纯铜的屈服强度随着梯度纳米结构层厚度的增加而提高。     

最终形变热处理对Al-Zn-Mg-Cu铝合金组织和性能的影响

采用硬度与电导率测试、力学拉伸试验、晶间腐蚀、剥落腐蚀试验以及金相(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等测试分析方法,研究了预变形量对Al-Zn-MgCu铝合金组织与性能的影响.研究表明:在相同预时效和再时效热处理条件下,随着预变形程度增大,合金强度先增加后减小,预变形量为5.8%时,合金抗拉强度和屈服强度出现峰值,分别为577.8 MPa和549.8 MPa,较未预变形时分别提高了25.7%和20.8%;随着预变形量增大,合金抗腐蚀性能提高.与未变形相比,预变形产生大量位错促使合金再时效热处理后晶内沉淀相尺寸逐渐增大,晶界析出相由连续链状分布变为粗大断续分布,晶间无析出带宽度明显增大.     

改进310奥氏体不锈钢长期时效后的组织与性能

借助扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及高温、室温拉伸和硬度测试研究了实验室研发的改进310奥氏体不锈钢在700℃长期时效后的组织与性能.700℃时效1000 h后,实验钢在晶界和晶内析出了大量(Cr,Fe,Mo)23C6、(Cr,Fe)23C6、σ相和少量的χ相.析出相对实验钢的室温力学性能有明显的强化作用.强度增加,硬度升高20 Hv,同时延伸率仍保持在30%以上.高温下,析出强化效应减弱,延伸率轻微下降.通过断口表面和剖面观察发现,时效1000 h后,实验钢的高温拉伸断口为韧性断裂,未观察到裂纹和孔洞;而室温拉伸断口为脆性断裂,断口附近则观察到σ相中出现裂纹和孔洞.从σ相的脆-韧转变和实验钢基体的室温和高温强度的不同,讨论了在室温拉伸过程中产生裂纹和孔洞的原因,以及时效对室温和高温力学行为的不同影响.     

时效状态对7020铝合金疲劳性能的影响

研究不同时效状态下7020铝合金的疲劳强度及疲劳裂纹扩展性能,并分别利用透射电镜和扫描电镜对合金的显微组织及疲劳断口进行观察分析。研究结果表明:欠时效、峰时效和过时效3种时效态合金在循环数为107次时的条件疲劳极限分别为131,114和127 MPa;欠时效合金具有最低的疲劳裂纹扩展速率,峰时效合金的疲劳裂纹扩展速率最高;随着时效程度加大,过时效合金的疲劳裂纹扩展性能有所改善;欠时效合金中可切过的GP区增加位错滑移的可逆性并促进裂纹的偏折,而峰时效合金中主要为η'相,不可切过的η'相以及较大的晶内和晶界无析出带(PFZ)之间的强度差导致疲劳裂纹容易萌生和扩展;过时效合金晶内晶界强度差减小以及相关的裂纹闭合机制使其疲劳性能得到改善。