【摘 要】
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随着轨道交通事业的发展,兼备强度、韧性、耐蚀性和抗疲劳性的Al-Zn-Mg系合金挤压材作为重要的轻量化结构材料得到了广泛应用。轨道列车轻量化指标的提升对该类铝合金提出了更高强度及高综合性能的要求。本文结合国家重点研发计划项目,研究了主合金元素Zn、Mg和微量Sc、V对Al-Zn-Mg合金挤压材微观组织、力学性能、耐蚀性的调控作用机理,为新型合金设计、现有牌号合金成分优化及其高综合性能材料制备提供成
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随着轨道交通事业的发展,兼备强度、韧性、耐蚀性和抗疲劳性的Al-Zn-Mg系合金挤压材作为重要的轻量化结构材料得到了广泛应用。轨道列车轻量化指标的提升对该类铝合金提出了更高强度及高综合性能的要求。本文结合国家重点研发计划项目,研究了主合金元素Zn、Mg和微量Sc、V对Al-Zn-Mg合金挤压材微观组织、力学性能、耐蚀性的调控作用机理,为新型合金设计、现有牌号合金成分优化及其高综合性能材料制备提供成分调控依据。主要创新性结论如下:（1）在（Zn+Mg）总量为 2.66～9.48 wt.%、Zn/Mg 比为 3.0～15.9 的范围内,基于Al-Zn-Mg三元系平衡相图计算了平衡η相等量析出曲线,发现（Zn+Mg）总量一定,而Zn/Mg＜4.9时,η相析出量随Zn/Mg比增大而增多;Zn/Mg＞4.9时,析出量随Zn/Mg 比增大而减少。同时,建立了反映析出相数量-（Zn+Mg）总量-Zn/Mg 比关系的等量析出数学模型,提出了以析出强化机制为主的Al-Zn-Mg系合金成分优化设计准则。（2）通过等量析出数学模型与试验验证,揭示了 Zn、Mg元素在（α+η）相区内调控Al-Zn-Mg系合金强韧性的规律:当合金Zn、Mg元素成分Zn/Mg 比大于4.9时,降低Zn/Mg 比可缩短峰值时效时间,提高晶内η’相析出密度,提高合金强度,峰值时效时间从48h缩短至15h,η’相析出密度从66521μm-3增加至118142μm-3。在η相等量析出曲线上,降低Zn/Mg 比可抑制晶间无沉淀析出带（PFZs）宽化,有利于强韧性协同。Zn/Mg=3.6的试验合金（T6）的Rm和Rp0.2与Zn/Mg=8.1试验合金的相近,分别为407MPa、353MPa和413MPa、359MPa,冲击韧性（αk）分别为26J/cm2、33J/cm2,提高了7J/cm2。（3）选用7B05合金Zn、Mg元素成分范围内的基础合金,引入不同含量的Sc元素,研究并揭示了微量Sc对该合金组织与强韧性能的调控作用。含Sc弥散相能钉扎晶界,抑制再结晶,提高小角度晶界（LAGBs）的比例分数,减薄挤压材粗晶层厚度,LAGBs 比例分数从74.6%增加至88.5%,粗晶层厚度从68.9μm减小至未发现;Sc可促进晶内η’相析出,减小晶内η’相平均长度,晶界η相分布间距变大,η’相平均长度从7.1nm减小至6.3nm,同时,含Sc粒子提供了额外的析出强化效果。Sc含量为0.16 wt.%试验合金（T6）的综合性能最好:Rm、Rp0.2 和 A 分别为 450MPa、422MPa 和 13.2%,αk为37J/cm2。（4）采用与微量元素Sc相似的研究方法,揭示了微量V对7B05合金组织与性能的调控作用。含V弥散相抑制再结晶,促进η’相析出,降低η’相平均尺寸,抑制PFZ宽化,有利于合金强度、韧性的协同,合金再结晶晶粒比例分数从25.4%降低至14.7%,T74态合金平均长度从7.2nm减小至6.1nm,PFZ宽度从192.1nm减小至55.7nm。V含量为0.05 wt.%试验合金（T74）的综合性能最好:Rm、Rp0.2和 A 分别为 370MPa、322MPa 和 17.4%,αk为 45J/cm2。（5）合金中分别添加微量Sc、V后形成的含Sc、含V弥散相和结晶相提高了晶界结合力,降低了晶界与基体间的电化学差异,降低了沿晶界开裂、起层倾向,相对于合金基体呈弱阴极,有利于合金强度、韧性和耐蚀性的协同提高。图103幅,表25个,参考文献227篇
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