简介概要

固溶处理对7A55铝合金断裂韧性的影响

来源期刊:中南大学学报(自然科学版)2007年第1期

论文作者:刘文辉 张新明 李惠杰 刘胜胆 黄振宝

文章页码:41 - 45

关键词:7A55铝合金;断裂韧性;固溶处理;Kahn撕裂实验

Key words:7A55 aluminum alloy; fracture toughness; solution; Kahn tear test

摘    要:采用金相组织观察、拉伸实验、Kahn撕裂试验、扫描电镜、透射电镜等方法研究固溶处理对7A55铝合金断裂韧性的影响。研究结果表明:固溶温度对7A55铝合金断裂韧性影响显著,7A55铝合金在450~490 ℃时固溶,随着温度上升,可溶性粒子减少,断裂韧性增加,到480 ℃时断裂韧性达到最大值;当温度超过480 ℃时,由于晶粒的长大,断裂韧性又开始下降;7A55铝合金有很大的淬火敏感性,当以慢速淬火时,晶界非共格析出物尺寸粗大,对断裂韧性不利。

Abstract: The effect of solution on fracture toughness of 7A55 aluminum alloy was investigated by optical microscopy, tensile test, Kahn tear test, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The results show that solution temperature has significant effects on fracture toughness of 7A55 aluminum alloy. The solution temperatures are in the range of 450-490 ℃, the soluble particles decrease with the increase of solution temperature, and the fracture toughness increases and reaches the peak at 480 ℃, then drops because the grain grows. 7A55 aluminum alloy has a high quenching sensitivity, and a slow quenching rate induces coarse precipitates, which is harmful to fracture toughness of the alloy.

基金信息:国家重大基础研究资助项目
国际科技合作重点项目



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固溶处理对7A55铝合金断裂韧性的影响

刘文辉,张新明,李惠杰,刘胜胆,黄振宝

 (中南大学 材料科学与工程学院,湖南 长沙,410083)

摘要:采用金相组织观察、拉伸实验、Kahn撕裂试验、扫描电镜、透射电镜等方法研究固溶处理对7A55铝合金断裂韧性的影响。研究结果表明:固溶温度对7A55铝合金断裂韧性影响显著,7A55铝合金在450~490 ℃时固溶,随着温度上升,可溶性粒子减少,断裂韧性增加,到480 ℃时断裂韧性达到最大值;当温度超过480 ℃时,由于晶粒的长大,断裂韧性又开始下降;7A55铝合金有很大的淬火敏感性,当以慢速淬火时,晶界非共格析出物尺寸粗大,对断裂韧性不利。

关键词:7A55铝合金;断裂韧性;固溶处理;Kahn撕裂实验

中图分类号:TG166         文献标识码:A         文章编号:1672-7207(2007)01-0041-05

Effect of solution on fracture toughness of 7A55 aluminum alloy

LIU Wen-hui, ZHANG Xin-ming, LI Hui-jie, LIU Sheng-dan, HUANG Zhen-bao

(School of Materials Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

Abstract: The effect of solution on fracture toughness of 7A55 aluminum alloy was investigated by optical microscopy, tensile test, Kahn tear test, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The results show that solution temperature has significant effect on fracture toughness of 7A55 aluminum alloy. The solution temperatures are in the range of 450-490 ℃, the soluble particles decrease with the increase of solution temperature, and the fracture toughness increases and reaches the peak at 480 ℃, then drops because the grain grows. 7A55 aluminum alloy has a high quenching sensitivity, and a slow quenching rate induces coarse precipitates, which is harmful to fracture toughness of the alloy.

Key words: 7A55 aluminum alloy; fracture toughness; solution; Kahn tear test

                     

高强铝合金具有密度小、强度高、加工性能好等优点,广泛应用于航空航天及民用工业,是航空航天的主要结构材料之一,同时在交通运输和其他工业部门也得到广泛应用[1]。随着航空航天工业的发展,人们逐渐认识到断裂韧性已成为限制高强铝合金得到进一步应用的瓶颈。随着线弹性和断裂韧性力学的发展,以及破损安全设计原则在实际工作中的应用,人们对结构材料特别是高强铝合金断裂韧性的重要性的认识更加清楚。目前,断裂韧性已和常规强度、抗腐蚀、疲劳强度并列为高强度铝合金的4项主要考核指标,只有在这几方面都满足设计和使用要求的情况下,才称得上具备良好的综合性能[2]。关于淬火速率[3]、再结晶程度[4]、强度以及微观结构对高强铝合金断裂韧性的影响,Alarcon等[5-8]已进行了研究。在此,本文作者对固溶处理后的7A55轧制板的显微组织和断裂韧性进行研究,探讨固溶温度和淬火速率对断裂韧性的影响,分析其断裂机理,以期为提高其断裂韧性提供一定的依据。

1 实 验

1.1 材料及热处理方法

a. 材料。试验材料采用熔铸所得7A55铝合金,
其化学成分如表1所示。

表1 7A55铝合金化学成分

Table 1 Chemical compositions of 7A55 aluminum alloy

b. 热处理方法。铸锭经均匀化、热轧后,再进行固溶处理。固溶处理在DRZ-4型电阻炉内进行。固溶温度分别为450,460,470,480和490 ℃,时间为2 h,样品取出后分别投入20 ℃冷水、50 ℃热水、空气中进行淬火,并马上进行时效处理,温度为120 ℃,时间为24 h。

1.2 检测方法

a. 金相观察。采用SCC-101P/CHN对样品的金相组织进行观察,并选择清晰且代表性强的区域进行  观察。

b. Kahn撕裂试验。材料的韧性采用Kahn撕裂实验得到[9],撕裂试验在CSS-44100电子万能实验机上进行,在实验过程中记录载荷-裂纹张开位移曲线,计算裂纹扩展前的耗散能(UIE)。

c. 扫描电镜观察(SEM)。撕裂试样断口扫描在KYKY-2800扫描电镜上进行,加速电压为20 kV。并对断口韧窝内的粒子合金元素的能谱进行分析。

d. 透射电镜观察(TEM)。借助JEM-2000EX型透射电子显微镜观察并拍摄合金的显微组织形貌,透射电子显微镜的加速电压为200 kV。

2 实验结果

2.1 固溶处理对合金的强度和UIE的影响

固溶温度对7A55铝合金的屈服强度(σs)、抗拉强度(σb)、UIE的影响结果如图1所示。由图1可知,随着固溶温度的升高,7A55铝合金的抗拉强度、屈服强度、断裂韧性的变化都有先增大到峰值然后减小的规律。抗拉强度的峰值点在固溶温度为470 ℃处,随着固溶温度的升高,其强度有下降的趋势。屈服强度的变化趋势和抗拉强度的变化趋势相似。断裂韧性的峰值点在固溶温度为480 ℃处。

2.2 固溶处理对显微组织的影响

样品分别在450,470和480 ℃固溶2 h后的金相照片如图2所示。从图2(a)可见,在450 ℃固溶时,第二相未充分溶解(黑点较多),合金发生少量再结晶;在470 ℃固溶时,晶体中再结晶分数增加,晶粒比较细小。在480 ℃固溶时,黑点明显减少,第二相充分溶

图1 经不同固溶温度处理后7A55合金的强度和断裂韧性值

Fig.1 Unit initiation energy (UIE) and strength of 7A55 aluminum alloy at different solution temperatures

(a) 450 ℃;(b) 470 ℃;(c) 480 ℃

图2 经不同固溶温度处理的合金的显微组织

Fig.2 Optical micrographs of 7A55 alloys solutioned

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