AQ251淬火介質(zhì)在氧化鋁板中的應(yīng)用

               據(jù)悉我國(guó)與世界先進(jìn)水平差距較大，鋁合金氧化鋁板加工技術(shù)方面。這一方面是受到國(guó)現(xiàn)有加工裝備條件的限制，高強(qiáng)高韌耐腐蝕且低殘余內(nèi)應(yīng)力的高性能鋁合金氧化鋁板是現(xiàn)代航空、航天、艦艇、武器裝備等領(lǐng)域必不可少的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料。無超大型加工設(shè)備實(shí)現(xiàn)鋁合金氧化鋁板的充分變形；另一方面是因?yàn)槲覈?guó)在氧化鋁板加工理論和技術(shù)方面的相關(guān)基礎(chǔ)研究相當(dāng)薄弱，對(duì)鋁合金在熱加工過程中的組織演變規(guī)律、氧化鋁板制備過程中殘余應(yīng)力的檢測(cè)與控制技術(shù)、鋁合金材料的損傷與斷裂等多方面的基礎(chǔ)研究均未能跟上時(shí)代發(fā)展的步伐。正因如此，我國(guó)目前高性能鋁合金氧化鋁板大部分依賴進(jìn)口，嚴(yán)重制約了國(guó)航空、航天及國(guó)防技術(shù)的發(fā)展。因此，針對(duì)高性能鋁合金氧化鋁板加工技術(shù)與理論開展持續(xù)深入的基礎(chǔ)研究工作，為解決鋁合金氧化鋁板制備的關(guān)鍵技術(shù)奠定理論基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和人才基礎(chǔ)，對(duì)我國(guó)鋁加工工業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。

 

        本文結(jié)合國(guó)家“973項(xiàng)目(G1999064908以775系高性能鋁合金為研究對(duì)象，采用物理模擬與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，圍繞鋁合金氧化鋁板加工制備技術(shù)的幾個(gè)重要環(huán)節(jié)，從熱變形流變應(yīng)力與組織控制、強(qiáng)應(yīng)變組織細(xì)化技術(shù)、淬火殘余應(yīng)力等方面開展相關(guān)基礎(chǔ)研究，獲得如下主要結(jié)論：1．高強(qiáng)鋁合金熱變形行為研究：以7075鋁合金為實(shí)驗(yàn)材料，采用等溫?zé)釅嚎s試驗(yàn)，對(duì)鋁合金在單道次、雙道次和四道次熱壓縮變形過程中的流變應(yīng)力行為及其組織演變規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究：1實(shí)驗(yàn)測(cè)定了7075鋁合金的流變應(yīng)力曲線。分析表明，隨著應(yīng)變的增加流變應(yīng)力迅速升高，出現(xiàn)一峰值后逐漸下降或基本保持不變；隨變形溫度升高，峰值應(yīng)力和穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)力均呈下降趨勢(shì)；變形溫度保持不變時(shí)，流變應(yīng)力隨著應(yīng)變速率的提高而增大；建立了該合金熱變形的穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)力和峰值流變應(yīng)力方程，分別如式(3-14和(3-152獲得了熱變形工藝參數(shù)對(duì)7075鋁合金再結(jié)晶晶粒尺寸的影響規(guī)律，即在應(yīng)變量不變的條件下，再結(jié)晶晶粒尺寸隨變形參數(shù)Z值增加而降低；并建立了Z參數(shù)值與平均再結(jié)晶晶粒尺寸Dr定量關(guān)系(式3-16為該合金組織預(yù)測(cè)和控制提供了一種理論模型。3探明了7075鋁合金雙道次熱壓縮變形道次間的軟化規(guī)律與機(jī)理。研究表明，隨著道次間保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，該合金的軟化率提高；變形及保溫溫度越高，軟化率越大；較低溫度下的道次間軟化主要是靜態(tài)回復(fù)的結(jié)果，而高溫下的道次間軟化則是靜態(tài)回復(fù)和靜態(tài)再結(jié)晶共同作用的結(jié)果。4通過對(duì)兩種工藝方案下7075鋁合金多道次熱變形流變應(yīng)力與組織演變規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)，因變形過程中的動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、道次間的靜態(tài)回復(fù)與靜態(tài)再結(jié)晶，尤其是沉淀相高溫析出等軟化機(jī)制的綜合作用，流變應(yīng)力隨著變形道次增加及溫度逐漸降低而依次減小。高性能鋁合金氧化鋁板強(qiáng)應(yīng)變組織細(xì)化研究：1提出一種細(xì)化775系鋁合金氧化鋁板組織的強(qiáng)化固溶→過時(shí)效→中溫多向鍛造→中溫軋制→快速加熱再結(jié)晶處理”中間形變熱處理(ITMT技術(shù)原型，保證了氧化鋁板的充分和均勻變形，使合金再結(jié)晶晶粒組織和第二相結(jié)構(gòu)得以深度細(xì)化。軋制變形量不超過80％的條件下，厚度達(dá)6mm以上的7075鋁合金氧化鋁板的組織被細(xì)化到短橫向的平均晶粒尺寸為8μm縱向及長(zhǎng)橫向平均晶粒尺寸為12μm第二相點(diǎn)狀顆粒尺寸一般都小于5μm該研究成果為我國(guó)大規(guī)格、高性能鋁合金氧化鋁板加工提供了新的思路。2研制的7075鋁合金氧化鋁板“多向熱鍛開坯→中間形變熱處理→時(shí)效處理”工藝路徑，綜合利用沉淀強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化的共同作用，使氧化鋁板抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度明顯提高的同時(shí)，伸長(zhǎng)率也略有增加：經(jīng)本文提出的強(qiáng)應(yīng)變+固溶時(shí)效”加工路徑(LD+QA 制備的7075鋁合金氧化鋁板T6態(tài)的抗拉強(qiáng)度σ_b和屈服強(qiáng)度σ_0.2值，分別比“工業(yè)熱軋+固溶時(shí)效”HR+QA 制備的7075鋁合金氧化鋁板T6態(tài)的抗拉強(qiáng)度σ_b和屈服強(qiáng)度σ_0.2值提高15.7％和11.6％，且伸長(zhǎng)率δ_5由10.4％提高到11.2％。3揭示了ITMT工藝細(xì)化晶粒的機(jī)理，即充分利用形變儲(chǔ)能和第二相的有利影響，通過不連續(xù)再結(jié)晶實(shí)現(xiàn)775系鋁合金的晶粒細(xì)化。4實(shí)驗(yàn)表明，7075鋁合金錠坯中的粗大難熔相是熔煉過程中形成的多種金屬間化合物的聚集團(tuán)塊，質(zhì)硬而脆，合金受力變形時(shí)微裂紋的主要源頭。3．高性能鋁合金氧化鋁板淬火殘余應(yīng)力研究：1采用鉆孔法測(cè)量殘余應(yīng)力，較系統(tǒng)地研究了工藝參數(shù)對(duì)水中淬火的7075鋁合金氧化鋁板淬火后殘余應(yīng)力的影響；首次通過淬火模擬實(shí)驗(yàn)測(cè)定了鋁合金在不同的淬火水溫下的冷卻曲線；獲得了制備高力學(xué)性能、低殘余應(yīng)力的7075鋁合金氧化鋁板較佳的工藝條件：淬火水溫為4060℃，預(yù)拉伸塑性應(yīng)變22.5％，140℃時(shí)效約15小時(shí)。2通過實(shí)驗(yàn)較系統(tǒng)地研究了兩種非水淬火介質(zhì)(AQ251溶液和乳化液)對(duì)鋁合金氧化鋁板淬火過程及殘余應(yīng)力的影響規(guī)律；首次通過淬火模擬實(shí)驗(yàn)測(cè)定了這兩種淬火介質(zhì)在不同濃度和不同溫度下對(duì)7075鋁合金的冷卻曲線，揭示了其影響淬火殘余應(yīng)力的機(jī)理；獲得了這兩種淬火介質(zhì)使7075鋁合金氧化鋁板淬火殘余應(yīng)力得到顯著降低但對(duì)合金組織與性能影響微小的淬火工藝參數(shù)，對(duì)于AQ251聚合物溶液淬火介質(zhì)，淬火工藝參數(shù)為：濃度30％，溫度40℃；對(duì)于乳化液淬火介質(zhì)，濃度為2030％，淬火溫度為室溫。3采用有限元數(shù)值模擬技術(shù)研究獲得了鋁合金氧化鋁板淬火過程中的溫度場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)變化規(guī)律；首次運(yùn)用點(diǎn)跟蹤技術(shù)獲得了淬火過程中不同區(qū)域內(nèi)應(yīng)力反號(hào)的臨界條件，即鋁合金氧化鋁板表層和芯部應(yīng)力分別于淬火后7秒和13秒反號(hào)；提出了一種可較好地解釋鋁合金氧化鋁板淬火殘余應(yīng)力形成機(jī)理與分布的局部平衡的應(yīng)力與應(yīng)變波動(dòng)”模型。