AQ251淬火介質在氧化鋁板中的應用

               據悉我國與世界先進水平差距較大，鋁合金氧化鋁板加工技術方面。這一方面是受到國現有加工裝備條件的限制，高強高韌耐腐蝕且低殘余內應力的高性能鋁合金氧化鋁板是現代航空、航天、艦艇、武器裝備等領域必不可少的關鍵結構材料。無超大型加工設備實現鋁合金氧化鋁板的充分變形；另一方面是因為我國在氧化鋁板加工理論和技術方面的相關基礎研究相當薄弱，對鋁合金在熱加工過程中的組織演變規律、氧化鋁板制備過程中殘余應力的檢測與控制技術、鋁合金材料的損傷與斷裂等多方面的基礎研究均未能跟上時代發展的步伐。正因如此，我國目前高性能鋁合金氧化鋁板大部分依賴進口，嚴重制約了國航空、航天及國防技術的發展。因此，針對高性能鋁合金氧化鋁板加工技術與理論開展持續深入的基礎研究工作，為解決鋁合金氧化鋁板制備的關鍵技術奠定理論基礎、實驗基礎和人才基礎，對我國鋁加工工業的發展具有十分重要的意義。

 

        本文結合國家“973項目(G1999064908以775系高性能鋁合金為研究對象，采用物理模擬與數值模擬相結合的方法，圍繞鋁合金氧化鋁板加工制備技術的幾個重要環節，從熱變形流變應力與組織控制、強應變組織細化技術、淬火殘余應力等方面開展相關基礎研究，獲得如下主要結論：1．高強鋁合金熱變形行為研究：以7075鋁合金為實驗材料，采用等溫熱壓縮試驗，對鋁合金在單道次、雙道次和四道次熱壓縮變形過程中的流變應力行為及其組織演變規律進行了實驗模擬研究：1實驗測定了7075鋁合金的流變應力曲線。分析表明，隨著應變的增加流變應力迅速升高，出現一峰值后逐漸下降或基本保持不變；隨變形溫度升高，峰值應力和穩態流變應力均呈下降趨勢；變形溫度保持不變時，流變應力隨著應變速率的提高而增大；建立了該合金熱變形的穩態流變應力和峰值流變應力方程，分別如式(3-14和(3-152獲得了熱變形工藝參數對7075鋁合金再結晶晶粒尺寸的影響規律，即在應變量不變的條件下，再結晶晶粒尺寸隨變形參數Z值增加而降低；并建立了Z參數值與平均再結晶晶粒尺寸Dr定量關系(式3-16為該合金組織預測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律與機理。研究表明，隨著道次間保溫時間的延長，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回復的結果，而高溫下的道次間軟化則是靜態回復和靜態再結晶共同作用的結果。4通過對兩種工藝方案下7075鋁合金多道次熱變形流變應力與組織演變規律的實驗研究，發現，因變形過程中的動態回復和動態再結晶、道次間的靜態回復與靜態再結晶，尤其是沉淀相高溫析出等軟化機制的綜合作用，流變應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應變組織細化研究：1提出一種細化775系鋁合金氧化鋁板組織的強化固溶→過時效→中溫多向鍛造→中溫軋制→快速加熱再結晶處理”中間形變熱處理(ITMT技術原型，保證了氧化鋁板的充分和均勻變形，使合金再結晶晶粒組織和第二相結構得以深度細化。軋制變形量不超過80％的條件下，厚度達6mm以上的7075鋁合金氧化鋁板的組織被細化到短橫向的平均晶粒尺寸為8μm縱向及長橫向平均晶粒尺寸為12μm第二相點狀顆粒尺寸一般都小于5μm該研究成果為我國大規格、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→時效處理”工藝路徑，綜合利用沉淀強化和細晶強化的共同作用，使氧化鋁板抗拉強度和屈服強度明顯提高的同時，伸長率也略有增加：經本文提出的強應變+固溶時效”加工路徑(LD+QA 制備的7075鋁合金氧化鋁板T6態的抗拉強度σ_b和屈服強度σ_0.2值，分別比“工業熱軋+固溶時效”HR+QA 制備的7075鋁合金氧化鋁板T6態的抗拉強度σ_b和屈服強度σ_0.2值提高15.7％和11.6％，且伸長率δ_5由10.4％提高到11.2％。3揭示了ITMT工藝細化晶粒的機理，即充分利用形變儲能和第二相的有利影響，通過不連續再結晶實現775系鋁合金的晶粒細化。4實驗表明，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塊，質硬而脆，合金受力變形時微裂紋的主要源頭。3．高性能鋁合金氧化鋁板淬火殘余應力研究：1采用鉆孔法測量殘余應力，較系統地研究了工藝參數對水中淬火的7075鋁合金氧化鋁板淬火后殘余應力的影響；首次通過淬火模擬實驗測定了鋁合金在不同的淬火水溫下的冷卻曲線；獲得了制備高力學性能、低殘余應力的7075鋁合金氧化鋁板較佳的工藝條件：淬火水溫為4060℃，預拉伸塑性應變22.5％，140℃時效約15小時。2通過實驗較系統地研究了兩種非水淬火介質(AQ251溶液和乳化液)對鋁合金氧化鋁板淬火過程及殘余應力的影響規律；首次通過淬火模擬實驗測定了這兩種淬火介質在不同濃度和不同溫度下對7075鋁合金的冷卻曲線，揭示了其影響淬火殘余應力的機理；獲得了這兩種淬火介質使7075鋁合金氧化鋁板淬火殘余應力得到顯著降低但對合金組織與性能影響微小的淬火工藝參數，對于AQ251聚合物溶液淬火介質，淬火工藝參數為：濃度30％，溫度40℃；對于乳化液淬火介質，濃度為2030％，淬火溫度為室溫。3采用有限元數值模擬技術研究獲得了鋁合金氧化鋁板淬火過程中的溫度場、應變場和應力場變化規律；首次運用點跟蹤技術獲得了淬火過程中不同區域內應力反號的臨界條件，即鋁合金氧化鋁板表層和芯部應力分別于淬火后7秒和13秒反號；提出了一種可較好地解釋鋁合金氧化鋁板淬火殘余應力形成機理與分布的局部平衡的應力與應變波動”模型。