形变及时效对Al-Mg-Si-Cu合金力学和腐蚀性能的影响

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时效硬化型Al-Mg-Si-Cu铝合金具有高比强度,良好的成型性、焊接性及耐蚀性,在航空航天及车辆制造领域得到广泛应用。为了改善合金强度,通常采用提高Cu含量的方法,但Cu含量的提高会导致合金晶间腐蚀敏感性升高,且不易消除。因此,为了获得高强、高韧、耐蚀的合金,本文以低Cu含量的合金为实验材料,具体成分为:Al-0.93 Mg-1.1Si-0.34 Cu-0.2 Mn-0.05 Zr,研究形变时效对合金微观组织和性能的影响。采用硬度、拉伸、晶间腐蚀实验等方法测试合金的力学和腐蚀性能;结合光学显微镜、扫描电镜、能谱分析、透射电镜观察合金的微观组织,探究合金强化机制和耐蚀机理。实验结果表明:(1)合金经540℃/1 h固溶处理后,进行180-210℃/1-10 h单级时效处理,随时效进行,合金强度及晶间腐蚀敏感性均呈现先升高、后降低的趋势。其中,经180℃/6 h时效后,合金强度达到峰值,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为387 MPa、368 MPa和14%,但发生严重的晶间腐蚀;经200℃/6 h时效,合金能够获得最佳强度与抗腐蚀性能配合,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为374 MPa、359 MPa和9.9%,并且,晶间腐蚀抗性大幅提高。此时,合金基体析出相为均匀分布的β′相和Q′相,晶界析出相呈球状、断续分布,这种析出特征能够使得合金同时获得较高的强度和良好的晶间腐蚀抗力。(2)为了同时改善合金力学和腐蚀性能,对合金进行固溶(540℃/1h)+冷轧变形(压下量为80%)+再时效处理,同时引入位错强化和析出强化,进而改善合金的综合性能,实验发现,再时效温度对合金性能有较大影响。其中,选用高温(190℃、200℃、210℃)再时效处理时,合金强度和晶间腐蚀敏感性变化较快,呈现先升高、后降低的趋势。经190℃/10min再时效处理后,合金抗拉强度、屈服强度及伸长率分别为421 MPa、406 MPa及8%,与常规峰时效状态相比,强度提升,而塑性下降,同时,晶间腐蚀敏感性较高;继续时效,合金强度降低,但不能消除腐蚀,腐蚀类型由晶间腐蚀转变为点蚀。主要原因应该是:经冷轧变形后,引入大量位错,再时效时,加速基体析出相的粗化,在局部产生电位差,导致合金发生点蚀。(3)对经固溶+冷轧处理后的合金进行低温再时效(80-110℃)处理能使析出相优先在晶内析出,减缓在晶界的析出速度,从而同时提高合金力学和腐蚀性能。随时效进行,合金晶间腐蚀敏感性逐渐升高,强度先升高、后降低。其中,经95℃/24 h再时效处理后,合金实现了力学和腐蚀性能的最佳配合,抗拉强度、屈服强度及伸长率分别为420 MPa、391MPa、9%,同时合金无晶间腐蚀敏感性。
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