时效态超高强alznmgcu合金的高温蠕变行为【字数：11025】
铝合金在生活中的应用非常广泛，大部分都是致力于强化性能以及室温下的研究，对于在高温下的蠕变性能研究没有很多。本文对时效态超高强Al-12Zn-2.4Mg-1.1Cu合金的高温蠕变行为进行了研究和讨论，对合金采用470℃/2h水冷+120℃/14h空冷+140℃/3h空冷+120℃/14h空冷的热处理方法，用OLYMPUS GX51光学显微镜观察组织，研究了时效态超高强Al-Zn-Mg-Cu合金的高温蠕变行为，分析热处理前后的微观组织以及热处理后的蠕变曲线等，并建立蠕变本构方程，为铝合金材料在高温作业环境下的应用提供了理论性的基础。结果表明本实验显微组织由α(Al)、沿挤压方向呈等轴状的晶粒、弥散分布于基体内的黑色细小的富铜颗粒相(CuAl2)以及长条状的Mg(Zn，Cu2)相组成。随着温度升高，应力的增大，金属的稳态蠕变速率从5.56×10-9/s-1增大到5×10-7/s-1、蠕变寿命从955.788h缩短到9.42h，蠕变三个阶段的持续时间都减短。断口都属于塑性断裂，都是由等轴韧窝、韧窝底部的MgZn2第二相粒子以及撕裂棱组成，随着温度应力的增大，韧窝直径变大、韧窝变深。MgZn2第二相与基体处的应力集中是产生韧窝和导致合金断裂的主要因素。建立了两个蠕变本构方程Norton公式和Dorn公式，得出相对应的蠕变机制，并对两者进行比较。Dorn公式于Norton公式相比较而言更全面，把温度应力的影响也算在内，归一化应力与补偿稳态蠕变速率线性拟合得更好，点更集中在趋势线上，数据关联性更好，所以采用Dorn公式的归一化应力更好。
目录
1.绪论 1
1.1课题背景 1
1.2铝合金的特点 1
1.3国内外的研究现状 2
1.4高温蠕变行为 3
1.4.1 蠕变机理 3
1.4.2 蠕变机制 4
1.5本文研究内容及技术路线 4
2.材料制备及试验方法 6
2.1材料 6
2.2高温拉伸蠕变实验 6
2.3微观组织表征 6
3.时效态超高强Al12Zn2.4Mg1.1Cu合金的高温蠕变行为 7
3.1微观组织 7
3.2蠕变曲线 7
3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
2.1蠕变曲线 7
3.2.2蠕变寿命 8
3.2.3稳态蠕变速率 9
3.3蠕变断口形貌 10
3.4本章小结 11
4.时效态Al12Zn2.4Mg1.1Cu合金蠕变本构方程 13
4.1蠕变本构方程的建立 13
4.2 蠕变本构方程的论证 15
4.3本章小结 18
5.结论 21
参考文献 22
致谢 24
1.绪论
1.1课题背景
现阶段，铝合金是一种被大规模应用于航空事业、交通运输行业以及电子产品的材料，是一种高强度、高塑韧性的易于表面处理的低密度合金，在航空、交通、军事等领域更是起着很重要的作用，用于各类重要受力零件中。然而随着航空业的迅速发展以及生活节奏的变化，人们要求各类交通工具能够更快捷、更轻便、更坚固，这也要求其结构的组成材料强韧性等性能更好。所以近年来，国内外研究人员们对于超高强铝合金的研究从未间断。近年来，人们对于铝及铝制品的研究大多致力于轻量化和高强度，但有很大一部分铝制品被用于高温工作环境下，高温环境下的铝在应力的作用下会发生缓慢的变形，这对工作的安全稳定性影响巨大，所以本文重点关注铝合金的高温蠕变行为。
1.2铝合金的特点
铝因其丰富的含量和良好的性能而被普遍应用于生活的方方面面。铝的优异的性能有很多：密度小、延展性好，能加工成形状各异的材料装饰品以及对质量和厚度强度有较高要求的结构件；有可强化性，经过一定处理或者加入其他的金属后会提高自身的性能，也因此被大范围的用于高要求的航天航空等方面；铝还具有仅次于Ag、Cu、Au的导电导热性，以及可以做成各种工艺装饰品、反射镜的高反射性[1]。纯铝有很多有优点，但是综合性能不是非常的优异，通过添加适量的金属元素或者经过固溶等各项的处理形成铝合金后，各项性能均有很大的提升。对于现在的国家环保政策来说，铝被应用于家居方面性能非常优异，金属材质省去了用木材更环保更耐用，也能防水防火防虫蛀，而且因为铝的可强化性，家居使用过程中不易变形也易清洁，铝的密度小可塑性好等等，都是步入“全铝时代”的一个重要优点。
国外于1920年就开始研发AlZnMg系合金，自从1935年正式研制出了AlZnMgCu后，国外众多学者对铝合金的研发从未停止。不过作为近年来使用率很高的新型金属材料，我国对其的深入研究却不够及时，直到20世纪60年代才开始对7000系铝合金进行研究，而由于人才和技术等的限制，国内生产的很多超高强铝合金均是仿制其他国家的，没有任何独立研发的案例。为了改变这一现状，国家加大对铝合金的研究力度，并持鼓励态度，提倡企业与各大高校以及研究所等合作，终于在80年代成功研发出了高强高韧性的AlZnMgCu合金[24]。AlZnMgCu是在Al的基础上添加了一定量的Zn、Mg、Cu以及其他微量元素得到的，不同的元素在合金中也起着不同的作用：其中Zn和Mg是促进强化相生成的主要元素，若将Zn单独加入Al中易发生应力腐蚀开裂，将Zn和Mg同时加入才有强化的作用。生成η(Mg2Zn)强化相，Mg2Zn的溶解度随着固溶温度的上升先增加再迅速降低，并在470℃达到最高，所以加入Zn和Mg的铝合金的固溶强化能力很强，可以很大程度的提高铝合金的强度。不过在提高强度的同时，应力腐蚀开裂的现象依旧存在，加入Cu后得到改善，只有少量的Cu元素融入基体中起到明显的固溶强化作用。该试验中的铝合金还含有微量元素，如Zr，Ni和Mn等，在适当的范围内都可以使合金在一定程度上得到强化[3]。
其中热处理作为一种改变金属材料的微观组织、提高性能的加工工艺被广泛应用于铝合金制造业，热处理工艺的温度、保温时间以及冷却介质对铝合金的组织及性能都会有一定的影响。其他条件一致，随着温度的升高，原子的扩散速率和固溶度增大，在冷却的过程中就会有更多第二相生成均匀分布，致使组织细化，硬度等力学性能得到提高，但过高或者过低的温度都不利于晶粒的细化，过高的温度有利于元素的扩散，但会影响形核的过程，温度过低也不利于原子扩散，所以适当的提高温度才能更好的细化晶粒提高性能；而当温度一定时，在一定范围内保温时间越长，合金元素越能够更好地扩散固溶，第二相也随之减少，组织性能也得到优化；与温度和保温时间相比，冷却介质的影响不占主要部分，但空冷和水冷所得到的结果也有一定差别。其他条件一致时，由于水冷的冷却速度快，形成大量第二相且来不及长大，均匀分布于合金内，使得组织细小，力学性能均较好[5]。
目录
1.绪论 1
1.1课题背景 1
1.2铝合金的特点 1
1.3国内外的研究现状 2
1.4高温蠕变行为 3
1.4.1 蠕变机理 3
1.4.2 蠕变机制 4
1.5本文研究内容及技术路线 4
2.材料制备及试验方法 6
2.1材料 6
2.2高温拉伸蠕变实验 6
2.3微观组织表征 6
3.时效态超高强Al12Zn2.4Mg1.1Cu合金的高温蠕变行为 7
3.1微观组织 7
3.2蠕变曲线 7
3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
2.1蠕变曲线 7
3.2.2蠕变寿命 8
3.2.3稳态蠕变速率 9
3.3蠕变断口形貌 10
3.4本章小结 11
4.时效态Al12Zn2.4Mg1.1Cu合金蠕变本构方程 13
4.1蠕变本构方程的建立 13
4.2 蠕变本构方程的论证 15
4.3本章小结 18
5.结论 21
参考文献 22
致谢 24
1.绪论
1.1课题背景
现阶段，铝合金是一种被大规模应用于航空事业、交通运输行业以及电子产品的材料，是一种高强度、高塑韧性的易于表面处理的低密度合金，在航空、交通、军事等领域更是起着很重要的作用，用于各类重要受力零件中。然而随着航空业的迅速发展以及生活节奏的变化，人们要求各类交通工具能够更快捷、更轻便、更坚固，这也要求其结构的组成材料强韧性等性能更好。所以近年来，国内外研究人员们对于超高强铝合金的研究从未间断。近年来，人们对于铝及铝制品的研究大多致力于轻量化和高强度，但有很大一部分铝制品被用于高温工作环境下，高温环境下的铝在应力的作用下会发生缓慢的变形，这对工作的安全稳定性影响巨大，所以本文重点关注铝合金的高温蠕变行为。
1.2铝合金的特点
铝因其丰富的含量和良好的性能而被普遍应用于生活的方方面面。铝的优异的性能有很多：密度小、延展性好，能加工成形状各异的材料装饰品以及对质量和厚度强度有较高要求的结构件；有可强化性，经过一定处理或者加入其他的金属后会提高自身的性能，也因此被大范围的用于高要求的航天航空等方面；铝还具有仅次于Ag、Cu、Au的导电导热性，以及可以做成各种工艺装饰品、反射镜的高反射性[1]。纯铝有很多有优点，但是综合性能不是非常的优异，通过添加适量的金属元素或者经过固溶等各项的处理形成铝合金后，各项性能均有很大的提升。对于现在的国家环保政策来说，铝被应用于家居方面性能非常优异，金属材质省去了用木材更环保更耐用，也能防水防火防虫蛀，而且因为铝的可强化性，家居使用过程中不易变形也易清洁，铝的密度小可塑性好等等，都是步入“全铝时代”的一个重要优点。
国外于1920年就开始研发AlZnMg系合金，自从1935年正式研制出了AlZnMgCu后，国外众多学者对铝合金的研发从未停止。不过作为近年来使用率很高的新型金属材料，我国对其的深入研究却不够及时，直到20世纪60年代才开始对7000系铝合金进行研究，而由于人才和技术等的限制，国内生产的很多超高强铝合金均是仿制其他国家的，没有任何独立研发的案例。为了改变这一现状，国家加大对铝合金的研究力度，并持鼓励态度，提倡企业与各大高校以及研究所等合作，终于在80年代成功研发出了高强高韧性的AlZnMgCu合金[24]。AlZnMgCu是在Al的基础上添加了一定量的Zn、Mg、Cu以及其他微量元素得到的，不同的元素在合金中也起着不同的作用：其中Zn和Mg是促进强化相生成的主要元素，若将Zn单独加入Al中易发生应力腐蚀开裂，将Zn和Mg同时加入才有强化的作用。生成η(Mg2Zn)强化相，Mg2Zn的溶解度随着固溶温度的上升先增加再迅速降低，并在470℃达到最高，所以加入Zn和Mg的铝合金的固溶强化能力很强，可以很大程度的提高铝合金的强度。不过在提高强度的同时，应力腐蚀开裂的现象依旧存在，加入Cu后得到改善，只有少量的Cu元素融入基体中起到明显的固溶强化作用。该试验中的铝合金还含有微量元素，如Zr，Ni和Mn等，在适当的范围内都可以使合金在一定程度上得到强化[3]。
其中热处理作为一种改变金属材料的微观组织、提高性能的加工工艺被广泛应用于铝合金制造业，热处理工艺的温度、保温时间以及冷却介质对铝合金的组织及性能都会有一定的影响。其他条件一致，随着温度的升高，原子的扩散速率和固溶度增大，在冷却的过程中就会有更多第二相生成均匀分布，致使组织细化，硬度等力学性能得到提高，但过高或者过低的温度都不利于晶粒的细化，过高的温度有利于元素的扩散，但会影响形核的过程，温度过低也不利于原子扩散，所以适当的提高温度才能更好的细化晶粒提高性能；而当温度一定时，在一定范围内保温时间越长，合金元素越能够更好地扩散固溶，第二相也随之减少，组织性能也得到优化；与温度和保温时间相比，冷却介质的影响不占主要部分，但空冷和水冷所得到的结果也有一定差别。其他条件一致时，由于水冷的冷却速度快，形成大量第二相且来不及长大，均匀分布于合金内，使得组织细小，力学性能均较好[5]。
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