【摘 要】
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在航空航天研究中,作为结构材料的铝合金大多以2xxx系和7xxx系为主,当工作温度大于200℃时,2xxx系Al-Cu-Mg合金的力学性能大幅度降低,相比之下7xxx系Al-Zn-Mg-Cu合金的热稳定性更好。适当调整Al-Zn-Mg-Cu合金的Zn/Mg比,可以改善合金的综合性能,使其有望满足新一代高强铝合金的要求。本文设计了1.661、1.000和0.738三种Zn/Mg原子比的Al-Zn-M
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在航空航天研究中,作为结构材料的铝合金大多以2xxx系和7xxx系为主,当工作温度大于200℃时,2xxx系Al-Cu-Mg合金的力学性能大幅度降低,相比之下7xxx系Al-Zn-Mg-Cu合金的热稳定性更好。适当调整Al-Zn-Mg-Cu合金的Zn/Mg比,可以改善合金的综合性能,使其有望满足新一代高强铝合金的要求。本文设计了1.661、1.000和0.738三种Zn/Mg原子比的Al-Zn-Mg-Cu合金,在固溶及时效处理后,进行了维氏硬度测量和XRD物相分析,研究了Zn/Mg比对合金析出相形成及强韧化的影响。基于EET理论,本文分析了在不同Zn/Mg比条件下,合金时效硬化行为及析出相形核转变的微观机制。实验研究表明,Zn/Mg原子比为1.661的合金时效硬化水平最高,经XRD物相分析发现η（Mg Zn2）相衍射峰明显,但合金时效硬化曲线上下波动较大,24 h时硬度下降明显。Zn/Mg原子比为1.000的合金,η（Mg Zn2）相衍射峰不明显,合金的时效硬化水平较高,硬度曲线变化最稳定。Zn/Mg原子比为0.738的合金,经XRD物相分析观察不到η（Mg Zn2）相衍射峰的存在,合金的强度不如前两种合金。EET价电子计算表明,高Zn/Mg原子比下合金中Zn的含量更多,形成α-Al-Zn-Mg晶胞和α-Al-Zn-Mg-Zn-Al复合晶胞共同促进η相析出序列启动;中Zn/Mg原子比下,η相析出序列主要由α-Al-Zn-Mg晶胞启动;低Zn/Mg原子比下合金中Mg的含量更多,α-Al-Zn-Mg晶胞和α-Al-Mg-Zn-Mg-Al复合晶胞共同启动T相析出序列。η′和η相位于合金主滑移面{111}α-Al上,而T相主要在{100}α-Al面上析出,当位错在合金中遇到η′、η和T相时,运动阻力分别增加了207.30%、120.38%和36.81%。所以高和中Zn/Mg原子比的合金强度更高。从价电子结构看,η′相Zn-Al-Zn原子层中,Al原子与周围原子构成的共价键的键合力弱,远小于α-Al基体中最强键。Mg与Zn原子间的键合力大,Zn吸引Mg进入η′相中,并置换出η′相中的Al原子,完成η′相逐步向η相转变的过程。从界面关系来看,高Zn/Mg原子比下,η′/α-Al界面的电子密度差Δρ较大,在一级近似下不连续,但其原子组数σN多,说明在更高强度级别或更大应力下,η′/α-Al界面电子密度又呈连续状态;η/α-Al界面的电子密度差Δρ很大,在一级近似下不连续且σN少,界面间应力较大稳定性较差,合金的断裂韧性降低。低Zn/Mg原子比下,主要生成T相,加入Cu元素还会启动S相析出序列,T和S相与α-Al基体形成的界面的电子密度差Δρ都小,在一级近似下连续,界面稳定性好应力较小,与S相相比,T相的电子密度差Δρ更小。此外,T和S相的析出还会抑制粗大η相生成,提高合金的断裂韧性。
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