7050铝合金材料淬透性的末端淬火研究

论文摘要

7050铝合金是20世纪七十年代,在7075合金基础上通过以Zr代替Cr、Mn和调整Zn、Mg含量研制出的高强铝合金,该合金厚板主要用于现役各种大型飞机的主承力构件。淬透性控制是制备7050合金厚板必须解决的难题,而高强铝合金的淬透性鲜见报道,因此开展7050铝合金厚板材料的淬透性研究不仅可以丰富铝合金淬透性研究的内容,而且能为高性能铝合金厚板的组织、性能均匀性及其淬火残余应力控制技术提供依据。本文设计、制作了一套适合于铝合金材料的末端淬火试验装置,对7050铝合金热轧厚板的淬火过程进行了模拟与试验研究,通过淬透性曲线测试,结合OM、SEM和TEM观察研究了不同冷却特性淬火介质对该合金厚板材料淬透性的影响,得到以下结论:（1）建立了水作为淬火介质时末端淬火试样喷淋表面换热系数与温度的非线性关系,据此用有限元模拟计算末端淬火试样的冷却温度场符合实测温度场,建立了一套测试—数值解析相结合求解末端淬火喷淋表面换热系数与温度场的方法。（2）20℃水,10 wt-%盐水和有机聚合物（PAG）溶液分别作为末端淬火喷淋介质,T6时效处理,7050铝合金热轧厚板材料末端淬火试样硬度下降到HV3=175（约10%）的淬透深度分别约为60mm、60mm和45mm,喷射PAG溶液时淬透性曲稳定性最好。（3）MgZn2平衡相脱溶,晶界、亚晶界的迁移和无沉淀析出带均受淬火冷却速率的控制。MgZn2相脱溶的淬火临界平均冷却速率为40～60℃/s。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 文献综述
• 1.1 国内外7000系铝合金材料研究概况
• 1.2 7000系铝合金中的主要物相
• 1.3 金属材料的淬火敏感性与淬透性概述
• 1.4 国内外铝合金材料淬火敏感性研究现状
• 1.4.1 铝合金的等温转变图与淬火因子分析方法简介
• 1.4.2 铝合金的等温转变图与淬火因子分析方法的应用情况
• 1.5 国内外铝合金材料淬透性研究现状
• 1.6 金属材料传热原理与换热系数
• 1.6.1 传热学基本原理
• 1.6.2 换热系数
• 1.7 本课题研究的目的与意义
• 第2章 研究方法与实验过程
• 2.1 研究方案
• 2.2 技术路线与研究内容
• 2.3 铝合金淬透性分析测试的末端淬火装置与方法
• 2.4 淬火温度场的分析测试
• 2.5 试验材料与末端淬火试样制备
• 2.6 固溶—淬火—时效热处理
• 2.7 微观组织结构分析测试
• 2.7.1 光学金相分析测试
• 2.7.2 扫描电镜分析测试
• 2.7.3 透射电镜分析测试
• 2.7.4 硬度分析测试
• 第3章 7050铝合金试样末端淬火冷却的温度场
• 3.1 换热系数的求解
• 3.2 淬火过程的有限元模拟
• 3.2.1 温度场的数值计算概述
• 3.2.2 有限元模型
• 3.2.3 边界条件
• 3.2.4 有限元模拟结果
• 3.3 本章小结
• 第4章 不同淬火介质对7050铝合金淬透性的影响
• 4.1 三种介质淬火的淬透性曲线
• 4.2 金相组织观察分析
• 4.2.1 淬火试样固溶加热前的初始组织
• 4.2.2 水淬火时的金相组织
• 4.2.3 盐水淬火试样金相观察
• 4.2.4 PAG溶液淬火试样金相观察
• 4.3 淬火冷却速率对微结构演变的影响
• 4.3.1 晶粒内部的TEM观察结果
• 4.3.2 晶界微结构的观察分析
• 4.4 分析与讨论
• 4.4.1 淬透性曲线变化的微结构机理
• 4.4.2 淬火冷却速率影响微结构演变的机理
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研工作