热挤压态7075铝合金循环形变特性的晶体学机制

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7075铝合金因具有较高的比强度、刚度,较好的抗应力腐蚀且易加工等特性,成为航空航天和高速交通等领域关键结构件的优选材料。由于这些结构件长期处于循环交变载荷服役条件,故而对该合金的疲劳特性和循环形变特征进行研究尤显重要。本文对7075合金进行四种不同热处理(H112、T73、T736、RRA)和三种不同中间形变热处理(T651、T6、H112)工艺,通过金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观测合金循环变形前后的微观组织形貌、原始组态及物相分析,选取热挤压态7075-T651和热锻态7075-T6合金进行疲劳试验,探究7075合金特定条件下的循环形变特征和疲劳损伤微观机理。结果发现,不同热处理工艺条件下(H112、T73、T736、RRA)和不同中间形变热处理(T651、T6、H112)后,7075合金组织和性能存在明显差异。经固溶时效后,合金中夹杂物Al7Cu2Fe颗粒变少且分布不均匀,第二相粒子MgZn2尺寸变小,由针状或棒状向椭球状转变,第二级时效温度升高,晶界析出相的分布更离散,强度略有降低。7075-T651和7075-T6合金有密集均匀分布的析出相,H112基体析出相细而稀疏,显微强度也较低。材料表面腐蚀剥落现象均较严重。7075合金主要含有分布于晶界处的粗大夹杂物Al7Cu2Fe,少量富Si氧化物颗粒和弥散分布于基体上的MgZn2。合金具有超高疲劳寿命,疲劳过程中先循环软化后硬化,最后达到循环饱和状态。棘轮效应主要作用于循环过程初始阶段,整个循环过程主要是由应力控制。循环载荷作用初期基体无明显塑性变形,裂纹源区呈现类似解理断裂的花样特征;裂纹扩展时,因位错反复滑移过程中的可逆性,断口呈现典型的沟槽和轮胎花样、犁沟和凹陷、疲劳条带等特征;瞬断区域更接近静态拉伸断口形貌。合金在低应力幅值(60%ay、70%σy)下,试样表面主要疲劳损伤是基体大量出现微裂纹;在高应力幅值为(80%σy、90%σσy)下,试样表面主要疲劳损伤是粗大第二相Al7Cu2Fe的开裂或与基体脱粘,产生微裂纹,随后桥接形成疲劳裂纹源。7075铝合金疲劳裂纹的萌生机理有两种,一是夹杂物或第二相粒子在交变应力作用下发生断裂或与基体沿界面分离而萌生裂纹,这种机制主要发生在高应力幅加载条件下;另一种是表面局部范性萌生疲劳微裂纹。7075-T651铝合金的疲劳断裂机制主要为微孔聚集韧窝型断裂,7075-T6铝合金疲劳断裂机制主要为准解理断裂。
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