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本文以2056和2023铝合金薄板作为基础研究对象,并在此基础上设计了两种新合金2#(Zn free)和4#(Zr、Sc free)。借助金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)等微观组织观察分析手段,并通过硬度测试、常规拉伸性能测试、晶间腐蚀、剥落腐蚀、应力腐蚀测试等实验,探讨了热处理制度对2056和2023合金组织与性能的影响,以及Zn在2056合金中的微合金化作用和Sc、Zr在2023合金中的微合金化作用,并研究了Zn元素对2056合金腐蚀性能的影响规律,得出的主要结论如下:
1)2056铝合金T6态(175℃)下,峰值时间为23h,抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为445MPa、337MPa和20.4%;T8态(155℃+5%预变形)下,峰值时间为70h,其峰值抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为502MPa、421MPa和12.8%;经过30d自然时效的T3态合金抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为470MPa、382MPa和23.4%。
2)2023合金在175℃进行T6态人工时效时,峰值时间为15h,其抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为474MPa、322MPa和32.2%;合金在155℃进行T8态人工时效时,峰值时间为60h,其峰值抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为524MPa、412MPa和18.9%。
3)2056和2023铝合金都处于Al-Cu-Mg系合金的中等Cu/Mg区,主要强化相均为S相,其析出序列为:α过饱和固溶体→GPB区→α+S"→α+S→α+S。合金时效早期强化相以GPB区为主,在峰时效态以后则以S相为主。Al3(Zr,Sc)相在2023合金中起到辅助强化作用。
4)人工时效前进行5%预变形促进了S相在合金晶内大量地均匀、细小弥散地形核析出,提高了S相的沉淀强化效果。使2056合金在T8态下的强度较T6态和T3态得到提高;自然时效前的预变形增加了合金的位错,也在一定程度上提高了合金的力学性能。同时,使2023-T8合金的强度也较2023-T6合金高。
5)2056合金中的Zn元素使合金的时效响应速度加快,并对合金的力学性能有一定的改善。Zn元素虽然不能改变合金的析出序列,但可以促进GPB区的形成,在随后的人工时效中GPB区为合金主要强化相S"/S的形核析出提供了有利位置,促进了合金主要强化相的析出。
6)2023合金中的Zr、Sc元素加快了合金的时效响应速度,提高了合金的力学性能。同时合金中形成的Al3(Zr,Sc)粒子,促进了合金主要强化相S"/S相的析出,使S"/S相在合金中均匀弥散分布,并起到辅助强化作用。
7)T6和T8态下,随着时效时间的延长,1#、2#合金的抗晶间腐蚀、抗剥落腐蚀及抗应力腐蚀性能顺序为:过时效>峰时效>欠时效。
8)不同热处理状态下,1#和2#合金抗晶间腐蚀、抗剥落腐蚀及抗应力腐蚀顺序为:T3态>T8峰>T6峰。表明预变形可以在一定程度上改善合金的抗腐蚀能力,2056-T3合金具有最好的综合抗腐蚀能力。
9)添加Zn的1#合金比对应状态下的2#合金抗晶间腐蚀、抗剥落腐蚀及抗应力腐蚀能力都有所提高,表明Zn元素保证了2056铝合金的综合抗腐蚀性能。