变形锌合金ZAT10热处理工艺及服役行为研究

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采用熔铸、挤压等方法制备了高强变形锌合金ZAT10,借助光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、差热分析仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、能谱分析仪(EDS)、电子万能试验机、恒温水浴箱以及高低温交变湿热试验箱等手段和设备,研究了铸态锌合金、变形锌合金ZAT10的微观组织及相组成;分析了热处理对铸态锌合金和变形锌合金的组织和力学性能的影响;采用硬度法初步绘制了ZAT10的TTT曲线;研究了变形锌合金在不同条件下服役后合金的尺寸大小、力学性能、腐蚀性能的变化,探讨了合金在服役过程中的腐蚀机理及合金的失效机理。得出以下主要结论:   (1)铸态锌合金的组织由初生α(Al)相枝晶和α与η锌相的共析体、晶间共晶体等组成;变形锌合金ZAT10的组织只有锌η相和(α+η)相的层片状组织。   (2)100℃~150℃的热处理,对铸态锌合金的成分偏析及枝晶偏析的消除作用不明显;短时间的热处理对铸态锌合金成分偏析的消除作用不大;280℃下进行10天及以上的热处理对铸态锌合金成分偏析的消除作用明显,晶粒细小且成粒状;360℃下进行10天以上热处理对铸态锌合金成分偏析的消除作用明显,晶粒变大且成片状分布。   (3)通过热处理可提高变形锌合金的抗拉强度和优化合金的抗腐蚀性能;随热处理温度的提高,硬度先减少后增加,抗拉强度由391增加到498MPa,延伸率由20下降至5%,随着温度的提高,抗腐蚀性能也得到提高。   (4)时效处理能够明显改变高强变形锌合金ZAT10的硬度,并可绘制得到该合金的等温转变曲线(即TTT曲线)。高强变形锌合金ZAT10的时效是α相分解成α和η的平衡相的一个过程。合金的硬度最初变化不明显,相变开始时硬度开始增加,当硬度达到最大值后相变结束;该合金时效孕育期从260℃至120℃经历先变短后变长的过程,在210℃左右的时效孕育期最短。   (5)合金在温度+模拟海水中的服役的腐蚀程度远远大于温度+自来水,常温/50℃+自来水中腐蚀度要远远低于80℃+自来水,常温/50℃+自来水条件下服役合金只是出现了腐蚀点,服役后抗拉强度在360~380MPa区间波动,而80℃+自来水中服役15天后,合金内部出现了细微的裂缝,服役30天后,抗拉强度由380下降到200MPa,80℃+模拟海水下服役15天后,样品开始出现大块脱落现象,样品已经失效;温度+湿度服役条件下,常温+50℃下合金服役后腐蚀的程度比较小,抗拉强度的变化不大,80℃+湿度下合金内部出现裂缝,抗拉强度由380下降到250MPa;温度+应力条件下,随服役温度升高到80℃后,抗拉强度开始剧烈下降,服役30天后,抗拉强度由380下降到290MPa,延伸率从20上升到24.6%。合金在服役过程中的腐蚀初期表现为晶间腐蚀,随着服役时间的增加,就开始从合金的α铝相开始腐蚀的。
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