Cu對(duì)Al-Zn-Mg合金時(shí)效微觀組織及性能影響研究.pdf

1、7XXX系A(chǔ)l-Zn-Mg超高強(qiáng)合金廣泛應(yīng)用于航空航天和民用行業(yè)，是一種典型的可通過時(shí)效提高性能的合金。其時(shí)效強(qiáng)化過程主要通過微觀析出相實(shí)現(xiàn)。一般認(rèn)為其時(shí)效析出序列為過飽和固溶體(S.S.S.S.)→GP(Ⅰ，Ⅱ)區(qū)→η'→η。因?yàn)閷?duì)合金添加不同元素可改變其析出行為，所以對(duì)合金添加成分的影響一直是研究的熱點(diǎn)。Cu的添加被認(rèn)為可以使Al-Zn-Mg合金時(shí)效過程產(chǎn)生一個(gè)快速的早期時(shí)效強(qiáng)化過程并提高GP-Ⅱ區(qū)以及亞穩(wěn)相η'的形核。但迄今為止對(duì)

2、于Cu的添加對(duì)合金時(shí)效行為的影響缺少細(xì)致的研究。
　　 本工作制備了4種不同Cu含量的Al-Zn-Mg合金鑄件，經(jīng)480℃均勻化和140℃固溶時(shí)效處理后，對(duì)合金進(jìn)行了硬度測(cè)定、透射電子顯微鏡(TEM)分析、衍射斑點(diǎn)模擬、掃描透射電鏡(STEM)分析、能譜分析以及第一性原理計(jì)算等，對(duì)不同含量Cu的添加對(duì)其微觀組織的演變規(guī)律，性能及晶體結(jié)構(gòu)特征的影響進(jìn)行了詳細(xì)的研究和闡述。主要內(nèi)容包括:
　　 4種合金硬度在140℃時(shí)效處理

3、過程中均呈現(xiàn)為初期快速增長(zhǎng)，中期趨于平穩(wěn)，后期逐漸下降的規(guī)律;合金的硬度在Cu含量≤3％時(shí)隨Cu含量的上升而提高，而當(dāng)Cu含量達(dá)到4％時(shí)合金的內(nèi)部顯微組織析出過程會(huì)發(fā)生變化從而降低其硬度。Cu有利于GP-Ⅱ區(qū)的形核，并且這種作用隨Cu含量的上升而增強(qiáng)。一定量的Cu(≤3％)可加速GP-Ⅱ區(qū)向η'相轉(zhuǎn)變并提高η'相的析出密度，而過量的Cu則會(huì)削弱這種作用。NC合金(Al-6.75wt.％Mg-2.78wt.％Zn)的時(shí)效析出序列為S.S.

4、S.S.→C.P.zone(Ⅰ，Ⅱ)→η'→η。而含Cu合金的時(shí)效析出序列為S.S.S.S.→G.P.zone(Ⅰ，Ⅱ)→η'→η precursor→η，其中η precursor被認(rèn)為是由于Cu的添加而形成并起到延長(zhǎng)時(shí)效過程，推遲向穩(wěn)定相的轉(zhuǎn)變的作用。
　　 編號(hào)C4合金（Al-6.87wt.％-2.89wt.％-3.92wt.％）中的η相具有與NC合金中η相相同的晶體結(jié)構(gòu)，但由于Al原子和Cu原子的取代其系統(tǒng)消光的特征被破

5、壞，從而觀察到原本不可見的位于(000.2n+1)η處點(diǎn)衍射斑點(diǎn)。C4合金中的η相的成分經(jīng)能譜實(shí)驗(yàn)測(cè)定確定為Mg4Zn4Cu3Al，并通過理論計(jì)算加以驗(yàn)證。通過第一性原理計(jì)算對(duì)Al原子和Cu原子對(duì)于MgZn2結(jié)構(gòu)中Mg原子和Zn原子的合理取代方式進(jìn)行了討論，結(jié)果表明Al和Cu替代Mg會(huì)使結(jié)構(gòu)生成焓上升，而用Cu替代或與Al以一定比例替代Zn可使η相生成焓下降，并提出了C4合金中的η相最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的替代方式。隨Al-Zn-Mg-Cu合金中銅