再结晶组织对7N01铝合金型材应力腐蚀敏感性的影响

第 54 卷第 7 期2023 年 7 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.7Jul. 2023晶粒组织对7020-T5铝合金型材强度和抗腐蚀性能的影响柯彬1，叶凌英1, 2，王鹏宇1，刘晓东1，董宇1，张勇1, 2，唐建国1, 2，刘胜胆1, 2(1. 中南大学 材料科学与工程学院，湖南 长沙，410083；2. 中南大学 教育部有色金属材料和工程重点实验室，湖南 长沙，410083)摘要：通过室温拉伸试验、剥落腐蚀试验、慢应变速率拉伸试验和四点弯曲试验，并结合金相观察、电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)等微观组织分析技术，研究晶粒组织对7020-T5铝合金型材的强度、抗剥落腐蚀性能以及抗应力腐蚀性能的影响。

研究结果表明：完全再结晶型材的室温拉伸强度较低，其抗剥落腐蚀性能达到N 级，但型材的抗应力腐蚀性能严重恶化，应力腐蚀敏感指数I SSRT 为9.55%，四点弯曲试验中应力腐蚀裂纹沿着再结晶晶粒向内快速扩展，24 h 即发生应力腐蚀断裂。

表层粗晶和内部再结晶晶粒降低材料的力学性能，使应力腐蚀裂纹在型材表面深度方向上的扩展速率加快。

晶粒细小、不含表层粗晶、再结晶分数低的均匀变形组织有利于获得更高的综合性能，具有该种晶粒组织的7020-T5铝合金型材的抗拉强度和屈服强度分别达到366.6 MPa 和314.2 MPa ，断后伸长率达到15.7%，抗剥落腐蚀性能达到PB 级，应力腐蚀敏感指数I SSRT 为2.38%，四点弯曲应力腐蚀试验中表面产生腐蚀裂纹和发生应力腐蚀断裂的时间分别为580 h 和1 736 h ，抗应力腐蚀性能优异。

关键词：Al-Zn-Mg 铝合金；晶粒组织；再结晶；剥落腐蚀；应力腐蚀中图分类号：TG146.2 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2023）07-2618-12Effect of grain structures on strength and corrosion resistance of7020-T5 aluminum alloy profilesKE Bin 1, YE Lingying 1, 2, WANG Pengyu 1, LIU Xiaodong 1, DONG Yu 1,ZHANG Yong 1, 2, TANG Jianguo 1, 2, LIU Shengdan 1, 2(1. School of Materials Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China;2. Key Laboratory of Nonferrous Metal Materials Science and Engineering, Ministry of Education, Central SouthUniversity, Changsha 410083, China)Abstract: The effect of grain structures on the strength and corrosion resistance 7020-T5 alloy profiles was studied through tensile test, exfoliation corrosion test(EXCO), slow strain rate tensile test(SSRT) and four-point收稿日期： 2022 −09 −09； 修回日期： 2022 −11 −05基金项目(Foundation item)：国家重点研发计划项目(2016YFB0300901) (Project(2016YFB0300901) supported by the National KeyResearch and Development Program of China)通信作者：叶凌英，博士，教授，从事高性能铝合金材料加工制备研究；E-mail ：******************.cnDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.07.009引用格式： 柯彬, 叶凌英, 王鹏宇, 等. 晶粒组织对7020-T5铝合金型材强度和抗腐蚀性能的影响[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(7): 2618−2629.Citation: KE Bin, YE Lingying, WANG Pengyu, et al. Effect of grain structures on strength and corrosion resistance of 7020-T5 aluminum alloy profiles[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(7): 2618−2629.第 7 期柯彬，等：晶粒组织对7020-T5铝合金型材强度和抗腐蚀性能的影响bending test, combined with microstructure analysis such as optical microscope(OM), electron backscatterdiffraction(EBSD) and transmission electron microscopy(TEM). The results show that the tensile strength of the fully recrystallized profile is remarkably low, and the EXCO resistance reaches N grade, but its stress corrosion resistance is seriously deteriorated, the stress corrosion cracking sensitivity index ISSRTis 9.55%, and the stress corrosion crack propagates rapidly along the recrystallized grains in the four-point bending test, and fracture occurs within 24 h. Coarse grain layers on the surface and internal recrystallized grains decrease the mechanical properties, and accelerate the propagation rate of stress corrosion cracks in the depth direction. Uniform deformed microstructures with small grains, and no surface coarse grain layers and low recrystallization fraction favor to obtain higher comprehensive properties. The tensile strength and yield strength of 7020-T5 alloy profile with this grain structure reaches 366.6 MPa and 314.2 MPa, respectively, the elongation after fracture reaches 15.7%, theEXCO resistance reaches PB level, the ISSRTis 2.38%, the time of the corrosion crack appeared on surface and fractured by stress corrosion cracking(SCC) in the four-point bending stress corrosion test are 580 h and 1 736 h, respectively, showing excellent stress corrosion resistance.Key words: Al-Zn-Mg aluminum alloys; grain structures; recrystallization; exfoliation corrosion test; stress corrosion resistance7020铝合金作为典型的Al-Zn-Mg合金，因为具有高比强度、良好的成型性能和焊接性能，在航空航天、轨道交通上获得了广泛地应用[1−3]。

实验3. 金属冷变形及再结晶对组织和性能的影响一、实验概述金属塑性变形的基本方式有滑移和孪生两种。

在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对于另一部分滑动，这种变形方式称为滑移；在切应力作用下，晶体的一部分沿某一晶面相对另一部分产生剪切变形，且变形部分与未变形部分的位向形成了镜面对称关系，这种变形方式称为孪生。

(一) 冷塑性变形对金属组织与性能的影响若金属在再结晶温度以下进行塑性变形，称为冷塑性变形。

冷塑性变形不仅改变了金属材料的形状与尺寸，而且还将引起金属组织与性能的变化。

金属在发生塑性变形时，随着外形的变化，其内部晶粒形状由原来的等轴晶粒逐渐变为沿变形方向伸长的晶粒，在晶粒内部也出现了滑移带或孪晶带。

当变形程度很大时，晶粒被显著地拉成纤维状，这种组织称为冷加工纤维组织。

同时，随着变形程度的加剧，原来位向不同的各个晶粒会逐渐取得近于一致的位向，而形成了形变织构，使金属材料的性能呈现出明显的各向异性。

图6-1为工业纯铁经不同程度变形的显微组织。

图6-1 工业纯铁冷塑性变形后组织(150X)a)变形程度20% b)变形程度50% c)变形程度70%金属经冷塑性变形后，会使其强度、硬度提高，而塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化。

此外，在金属内部还产生残余应力。

一般情况下，残余应力不仅降低了金属的承载能力，而且还会使工件的形状与尺寸发生变化。

(二) 冷塑性变形后金属在加热时组织与性能的变化金属经冷塑性变形后，由于其内部亚结构细化、晶格畸变等原因，处于不稳定状态，具有自发地恢复到稳定状态的趋势。

但在室温下，由于原子活动能力不足，恢复过程不易进行。

若对其加热，因原子活动能力增强，就会使组织与性能发生一系列的变化。

1．回复当加热温度较低时，原子活动能力尚低，故冷变形金属的显微组织无明显变化，仍保持着纤组织的特征。

此时，因晶格畸变已减轻，使残余应力显著下降。

但造成加工硬化的主要原因未消除，故其机械性能变化不大。

未溶相和再结晶对Al-Zn-Mg-Cu合金应力腐蚀抗力的影响黄俊;彭国胜;宋广生;陈康华;陈送义【摘要】采用慢应力拉伸技术,结合金相、扫描和透射电镜观察,研究了未溶相和再结晶对Al-Zn-Mg-Cu合金应力腐蚀抗力的影响。

结果表明：未溶相引起的点蚀导致应力腐蚀裂纹萌生;再结晶加速了L-T和T-L方向应力腐蚀裂纹扩展,降低了应力腐蚀抗力。

应力腐蚀抗力主要由再结晶因素控制。

再结晶降低应力腐蚀抗力主要是由再结晶晶界析出相较差耐蚀引发的。

【期刊名称】《齐鲁工业大学学报：自然科学版》【年(卷),期】2018(032)002【总页数】5页(P45-49)【关键词】铝合金;再结晶;未溶相;晶界析出相;应力腐蚀抗力【作者】黄俊;彭国胜;宋广生;陈康华;陈送义【作者单位】[1]安徽工业大学材料科学与工程学院,马鞍山243002;;[1]安徽工业大学材料科学与工程学院,马鞍山243002;;[1]安徽工业大学材料科学与工程学院,马鞍山243002;;[2]中南大学高性能复杂制造国家重点实验室,长沙410083;;[2]中南大学高性能复杂制造国家重点实验室,长沙410083;【正文语种】中文【中图分类】TQ174.4航空铝合金,特别是7000系铝合金,容易发生应力腐蚀,引发飞机灾难性事故。

现有研究表明,合金的应力腐蚀抗力直接受未溶相和材料再结晶的影响。

工业上通常通过优化合金成分和热处理制度改变材料的未溶相和再结晶组织,达到提高合金应力腐蚀抗力的目的。

综述已发表文献,一般认为7000系合金组织通常包含不同类型的未溶相,例如Al2 CuMg和Al7 Cu2 Fe等[1-3]。

未溶相由于与铝基体存在电位差,容易引发点蚀[4]。

7000系合金应力腐蚀一般都是沿晶腐蚀,所以该系列合金应力腐蚀抗力直接与晶界析出相有关。

晶界析出相一般可通过时效处理工艺加以调整。

大量文献报道表明,粗大而不连续的晶界析出相有利于提高合金的应力腐蚀抗力[5-12]。

铝合金组织结构对其耐蚀性能影响的研究铝合金是一种常用的材料，具有轻质、高强度和良好的可塑性等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造和建筑等领域。

然而，铝合金在实际应用中常常面临着腐蚀问题，影响其使用寿命和性能。

因此，研究铝合金的耐蚀性能及其与组织结构的关系具有重要意义。

铝合金的组织结构对其耐蚀性能有着显著影响。

首先，铝合金的晶粒尺寸与耐蚀性能密切相关。

研究发现，晶粒尺寸较小的铝合金具有更好的耐蚀性能。

这是因为晶粒尺寸较小可以减少晶界面的数量，降低腐蚀介质的侵入，从而阻止腐蚀的扩散。

同时，晶粒尺寸较小还可以提高铝合金的强度和塑性，使其更具抗腐蚀能力。

其次，铝合金的相组成也对其耐蚀性能有影响。

铝合金中常见的相有α-Al相和β-Al相。

研究发现，β-Al相的存在可以提高铝合金的耐蚀性能。

β-Al相具有较高的电化学电势，能够阻碍腐蚀反应的进行。

此外，β-Al相还可以形成致密的钝化膜，进一步提高铝合金的耐蚀性能。

此外，铝合金的析出相也对其耐蚀性能有一定影响。

析出相是指在铝合金中生成的一些稳定的弥散相。

研究发现，析出相的存在可以提高铝合金的耐蚀性能。

这是因为析出相能够吸附腐蚀介质中的氧和水分子，形成一层保护层，阻止腐蚀的进行。

此外，析出相还可以降低晶粒的活性，减缓腐蚀的扩展速度。

综上所述，铝合金的组织结构对其耐蚀性能有着显著影响。

晶粒尺寸较小、β-Al相的存在以及析出相的形成都可以提高铝合金的耐蚀性能。

因此，在铝合金的制备中，应注重控制其组织结构，以提高其耐蚀性能。

此外，通过合理的合金设计和热处理工艺，也可以进一步优化铝合金的组织结构，提高其耐蚀性能，满足实际应用的需求。

塑性变形再结晶对组织性能的影响试验一塑性变形再结晶对Q235钢组织性能的影响一引言1、塑性变形对金属组织与性能的影响金属经塑性变形后，不仅形状和尺寸上发生变化，其组织和性能也发生变化。

随着塑性变形量的增大，金属材料的由原始的等轴晶组织向纤维状组织转变，即晶粒将沿变形方向逐渐伸长，变形度越大，则伸长也越显著；当变形度很大时，其组织呈纤维状。

组织影响性能，由于变形产生了大量的位错和孪晶，对金属起到了强化作用，金属的强度和硬度有所提高，塑性下降，即产生了所谓的“加工硬化”现象。

另外，随着变形程度的加剧，原来位向不同的各个晶粒会逐渐取得近于一致的位向，而形成了形变织构，使金属材料的性能呈现出明显的各向异性。

2、塑性变形后再结晶对组织性能的影响塑性变形金属加热温度到再结晶温度时，原子活动能力增大，金属的显微组织发生明显的变化，由破碎拉长或压扁的晶粒变为均匀细小的等轴晶粒。

由于加热温度低于相变温度，故没有发生相变，只是一个新晶粒形核和长大的过程，即再结晶。

再结晶消除了冷加工纤维组织、加工硬化和残余应力，使金属又重新恢复到冷塑性变形前的状态，纤维组织消失，取而代之的是均匀细小的等轴晶粒。

再结晶温度与金属本性、杂质含量、冷变形程度、保温时间、材料的原始晶粒度等有关。

再结晶所产生的晶粒大小在很大程度上取决于冷变形程度的大小。

工业生产中则常以经过大变形量（约70%以上度的变形金属经1h 保温，能完成再结晶（﹥95%转变量）的最低温度，定为该金属的再结晶温度。

实验证明，金属的熔点愈高，在其他条件相同时，其再结晶温度也愈高。

金属的再结晶温度(T再) 与其熔点(T熔) 间的关系，大致可用下式表示：T 再=0.4 T熔其中，T 再、T 熔按绝对温度计算，以铜为例，纯铜的熔点是1083℃，系数取0.40时，计算如下：T 再=0.40T熔=0.40×(1083+273)K=542.4K=269.4℃金属的纯度越高，再结晶温度就越低，再结晶过程也就越快。

第50卷第5期中南大学学报(自然科学版) V ol.50No.5 2019年5月Journal of Central South University (Science and Technology)May 2019 DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2019.05.006晶粒组织对Al-Zn-Mg合金抗应力腐蚀性能的影响叶凌英1, 2, 3，姚学彬1, 2, 3，唐建国1, 2, 3，李红萍1，张新明1, 2, 3(1. 中南大学材料科学与工程学院，湖南长沙，410083；2. 中南大学有色金属材料科学与工程教育部重点实验室，湖南长沙，410083；3. 中南大学有色金属先进结构材料与协同创新中心，湖南长沙，410083)摘要：通过四点弯曲应力腐蚀实验对Al-Zn-Mg合金挤压型材包含不同晶粒组织的试样进行应力腐蚀性能测试，并借助金相组织观察、电子背散射衍射以及透射电镜研究晶粒组织不均匀性对材料抗应力腐蚀性能的影响和作用机理。

研究结果表明：Al-Zn-Mg合金挤压型材从表面至中心依次分布着粗晶组织、等轴晶组织和纤维状组织，其中粗晶组织和等轴晶组织的厚度分别约为60 μm和750 μm，再结晶分数和大角度晶界百分占比均从表面至中心逐渐降低；不同晶粒组织的抗应力腐蚀性能主要与晶粒粒度和晶界微观组织有关，相对于粗晶组织和等轴晶组织，纤维状组织由于再结晶行为受到抑制，晶粒粒度较小，大角度晶界较少，具有更离散的晶界析出相和较窄的无沉淀析出带，从而表现出更好的抗应力腐蚀性能。

关键词：Al-Zn-Mg合金；晶粒组织；抗应力腐蚀性能；晶界微观组织中图分类号：TG146.2 文献标志码：A 文章编号：1672−7207(2019)05−1049−07Effect of grain structure onstress corrosion resistance of Al-Zn-Mg alloy YE Lingying1, 2, 3, YAO Xuebin1, 2, 3, TANG Jianguo1, 2, 3, LI Hongping1, ZHANG Xinming1, 2, 3(1. School of Materials Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China;2. Key Laboratory of Nonferrous Metal Materials Science and Engineering, Ministry of Education,Central South University, Changsha 410083, China;3. Nonferrous Metal Oriented Advanced Structural Materials and Manufacturing Cooperative Innovation Center,Central South University, Changsha 410083, China)Abstract: Stress corrosion cracking(SCC) resistance of the specimens with different grain structures in Al-Zn-Mg alloy extruded profile was investigated through four-point bending test. The relationship and mechanism between grain structure and SCC resistance were studied by means of optical micrograph(OM), electron back scattered diffraction(EBSD) and transmission electron microscope(TEM).The results show that coarse grain structure, equiaxed grain structure and fiber-like structure are distributed from the surface to the center in Al-Zn-Mg alloy extruded profiles.The thickness of coarse grain structure and equiaxed grain structure are about 60 μm and 750 μm, respectively. The fraction of recrystallization and high angle grain boundary(HAGB) decrease gradually from the surface to the center. The SCC resistance of different grain structures is mainly related to grain size and grain boundary microstructures. Compared with the coarse grain and equiaxed grain structures, the fiber-like structure exhibits better stress corrosion cracking resistance because of the smaller grain size, less high angle grain boundary, more spaced grain boundary precipitates (GBPs) and narrower precipitate free zone (PFZ) caused by limiting recrystallization.Key words: Al-Zn-Mg alloy; grain structure; stress corrosion cracking resistance; grain boundary microstructures收稿日期：2018−08−10；修回日期：2018−10−12基金项目(Foundation item)：国家重点研发计划项目(2016YFB0300901) (Project(2016YFB0300901) supported by the National Key Research and Development Program of China)通信作者：唐建国，博士，副教授，从事铝合金材料加工制备研究；E-mail：**************.cn中南大学学报(自然科学版) 第50卷1050Al-Zn-Mg合金由于其具有较高的强度、优良的挤压性能以及良好的焊接性能，是理想的焊接结构材料，在高速列车车体上得到广泛应用。

再结晶对7150铝合金局部腐蚀性能的影响孙兆霞;彭国胜;陈康华;任伟才;董朋轩;陈送义【期刊名称】《粉末冶金材料科学与工程》【年(卷),期】2012(017)003【摘要】采用金相、极化曲线、电化学阻抗谱、扫描电镜以及透射电镜对7150铝合金不同程度的再结晶组织的局部腐蚀性能进行研究.结果表明:再结晶程度低的2#合金抗晶间腐蚀和剥落腐蚀性能优于再结晶程度高的1#合金；电化学阻抗谱研究表明,1#合金在腐蚀液中浸泡5h即出现明显的剥蚀现象,而2#合金浸泡时间长达33 h也未见明显的剥蚀现象:腐蚀路径是沿再结晶晶粒的晶界扩展,未再结晶晶粒很少被腐蚀;透射电镜原位腐蚀观察发现,再结晶晶界析出相较粗大,优先腐蚀,而未再结晶晶界析出相较细小,基本未腐蚀.【总页数】7页(P297-303)【作者】孙兆霞;彭国胜;陈康华;任伟才;董朋轩;陈送义【作者单位】东北轻合金有限责任公司,哈尔滨150001;中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙410083;东北轻合金有限责任公司,哈尔滨150001;中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TG146.4【相关文献】1.均匀化前预处理对7150铝合金中Al3Zr相析出及再结晶的影响 [J], 郭占英;丛福官;赵刚;X.-Grant Chen;田妮2.再结晶对7055铝合金板材晶间腐蚀性能的影响 [J], 王凤春;董影;韩啸;孙兆霞;祁艳华3.回归再时效对7150铝合金力学和腐蚀性能的影响 [J], 梁帅;刘显东;蒋大鸣4.晶粒组织对7150铝合金抗腐蚀性能的影响 [J], 贺春花;李红萍;叶凌英;刘胜胆;唐建国5.变形程度对7150铝合金再结晶及性能的影响 [J], 陈康华;陈送义;彭国胜;方华婵;肖代红因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

铁路车辆轻量化用材对比分析摘要：铁路交通是我国最重要的货运交通系统之一，铁路运输技术更是直接关系着我国“一带一路”发展战略能否实现的关键技术。

近年来，随着科技的进步和经济的发展，加之国家经济发展对铁路交通依赖程度的提高，国家和相关企业投入大量资金到铁路货运技术领域。

随着列车速度的不断提高，对列车减轻自重的呼声越来越高。

其中，铝合金车体和不锈钢车体轻量化设计被设计师所青睐。

本文对这两种车体轻量化用材进行多方面的对比分析。

关键词：轻量化；铝合金；不锈钢；对比正文：对于铁路车辆而言，车体是车辆结构的主体。

车体的强度和刚度关系到车辆运行的安全可靠性和舒适性；车体的防腐耐腐能力、表面保护和装饰方法，关系到车辆的外观、寿命和检修制度；车体的重量关系到能耗、加减速度、载客能力乃至列车编组形式（拖动比）。

所有这些都直接影响到运营质量和经济效益。

由于铁路车辆车体长期处在激烈振动、外部气候条件和乘客量大且不稳定等条件下，其总体结构形式、性能和技术经济指标主要取决于车体材料。

在设计铁路车辆车体时，对车体构件和内部装饰所用材料的基本要求为：应具有构件所要求的高强度和刚性，重量轻、耐老化、耐污染、耐磨耗和耐光照等特性，适合于环境的改进（隔热、隔音性能提高、较好的采光性），适合于提高舒适度（减振等）。

目前，呼声最高的铁路机车车体结构使用的材料主要为车辆专用经济型不锈钢和铝合金。

从20世纪70年代起，铝合金型材在国外轨道车辆上开始应用，铝制车辆广泛使用了当时在船舶上作为焊接结构材料的5083合金空心型材。

随着车体技术的不断发展，开发出了敞开式铝型材结构，使铝合金型材向薄壁化、轻量化方向发展，此时主要采用的铝合金型材为Al-Mg-Zn（7xxx）系三元合金。

主要代表性的牌号为7N01和7003合金，该合金是热处理强化型合金，不仅母材强度高，而且焊接强度也比5083和6061等合金的高。

由于该合金挤压加工性能很好，可以挤压壁比较薄的大型宽幅型材。