5A30与5083铝合金型材应力腐蚀行为的对比研究

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本文采用慢应变速率拉伸(SSRT)法研究了5A30及5083铝合金型材的应力腐蚀开裂(SCC)行为并评定了它们的SCC敏感性。借助SEM、TEM、OM、EDS、XRD、动电位扫描及阳极电流恒载荷拉伸等手段,研究了预变形量、稳定化处理、应变速率、极化电位对两合金型材SCC行为的影响规律;进而对比分析了两合金型材SCC行为的异同;从两合金型材在不同预变形量条件下的显微组织差异,分析了预变形量对两合金型材SCC敏感性影响规律的主要原因;进一步探讨了5xxx系铝合金的SCC机理。主要内容如下: ⑴探明了预变形量、稳定化处理、应变速率、极化电位对5A30与5083铝合金型材SCC敏感性的影响规律。结果表明,预变形量在0~15%范围内,两合金型材的SCC敏感性均随预变形量增加先减小后增大,在预变形量为10%时,SCC敏感性最小;预变形后的稳定化处理显著降低两合金型材的SCC敏感性;应变速率在10-4s-1~10-6s-1范围内,两合金型材的SCC敏感性随应变速率减小而增大;阳极极化显著增加两合金型材的SCC敏感性,阴极极化使其减小。 ⑵探明了5A30与5083铝合金型材在不同条件下的断口形貌。结果表明,两合金型材在空气中的SSRT断口形貌均呈韧窝状,具有明显的韧性断裂特征,而在3.5%NaCl溶液中的SSRT断口形貌呈解理状,具有脆性断裂特征,预变形量在0~15%范围内,断口的脆断特征随预变形量增加先减弱后增强,在预变形量为10%时,脆断特征最小;预变形后的稳定化处理使断口的脆断特征显著减弱;应变速率在10-4s-1~10-6s-1范围内,断口的脆断特征随应变速率减小而增强;阳极极化显著增强断口的脆断特征,阴极极化使其减弱。 ⑶对比分析了5A30与5083铝合金型材慢应变速率拉伸SCC行为的异同。结果表明,相同预变形量及应变速率条件下,5A30铝合金的SCC敏感性高于5083铝合金,5A30铝合金断口的脆断特征更明显,这是因为5A30铝合金的Mg含量较高,表面氧化膜层薄,在含Cl-的环境中更容易发生SCC,但预变量为10%且应变速率为1.0×10-6s-1时,两合金的SCC敏感性极为接近,其断口形貌均呈河流状花样解理特征,断口表面分布大量沿晶及穿晶裂纹,并可以清晰看到解理台阶。 ⑷对比分析了5A30与5083铝合金型材阳极电流恒载荷拉伸SCC行为的异同。结果表明,5083铝合金的自腐蚀电位较5A30铝合金高,5083铝合金更耐蚀,其阳极寿命也更高,预变形量为10%时,5083铝合金的阳极寿命为117h,5A30铝合金的阳极寿命为105h,随预变形量增大,两合金的自腐蚀电位均下降,阳极寿命减小,预变形量为15%时,5083铝合金的阳极寿命为113h,5A30铝合金的在阳极寿命为85h,5083铝合金的表面裂纹多与应力轴向成一定角度,5A30铝合金的表面裂纹多与应力轴垂直,5A30铝合金更容易发生SCC脆性断裂。 ⑸探明了预变形量对5A30与5083铝合金型材显微组织的影响规律,提出了预变形量对两合金型材SCC行为影响的微观机制。结果表明,预变形后基体晶粒α(Al)沿挤压方向发生伸长变形,第二相在α(Al)内部及晶界均有析出,晶内析出相主要为β相,晶界析出相为(FeMn)Al6相与β相,β相沿晶界连续分布是两合金型材SCC敏感性增大的最主要原因。无预变形时,合金的位错密度低,晶界β相局部呈连续分布;预变形量增加至10%时,合金的位错密度升高,晶界β相无连续分布现象;预变形量增加至15%时,产生大量位错缠结,内应力增大,晶界β相局部呈连续分布。 ⑹探讨了5xxx系铝合金的SCC机理。阳极极化显著增强5xxx系铝合金的SCC敏感性,而阴极极化使其减弱,因此5xxx系铝合金在NaCl溶液中的SCC机理属于阳极溶解型,其SCC过程如下:铝合金钝化_应力作用下钝化膜开裂→局部阳极溶解反应形成腐蚀坑→应力与氯离子共同作用下SCC裂纹形核→β相沿晶溶解形成沿晶SCC裂纹→氯离子加速SCC裂纹扩展→失稳断裂。
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