7n01铝合金组织及电化学充氢对其产生的影响

7n01铝合金组织及电化学充氢对其产生的影响

0应力腐蚀机理7n01铝合金最初由日本生产，由于其良好的耐结性、压缩性能和焊接性能，深受高速列车结构的影响。但是,作为7×××铝合金,7N01具有较高的应力腐蚀敏感性,而应力腐蚀开裂(SCC)的出现一般不会有明显征兆,且后果往往是灾难性的。铝合金的应力腐蚀机理一直存在争议。一般认为,铝合金中存在阳极溶解和氢致开裂两种SCC机理,阳极溶解为应力作用下的电化学腐蚀,晶界上不连续分布的析出相有助于降低阳极溶解造成的影响晶体缺陷、第二相以及微孔洞周围存在应变场及其对应的应力场,而铝合金中的氢原子周围也存在应变场,氢原子的应变场与内应力场相互作用使氢原子被缺陷捕获,这种能捕获氢原子的缺陷就被称为氢陷阱。铝合金中的氢陷阱有很多,纯铝中,氢陷阱为晶格间隙、位错和空位团充氢后进行慢应变速率拉伸来测试材料的氢脆性能是常用的实验手段,从多位作者的工作中可以发现,含氢材料的慢拉伸断口特征为从表层至芯部由沿晶或准解理过渡到韧窝1试样的观察及物相分析使用的材料为东北轻合金研究院提供的7N01铝合金,其成分如表1所示。实验状态为均匀化态,均匀化工艺为460℃保温12h后,随炉冷却至室温。利用POLYVAR-MET金相显微镜、SIRION200场发射扫描电子显微镜和MiniFlex600高分辨X射线衍射仪进行试样的组织观察及物相分析。采用电化学充氢方法在样品中引入氢元素,先将待充氢试样置于100℃下保温24h以除去样品中可能存在的氢,再将试样作为阴极,铂电极作为阳极。电解液组成为75%甲醇、22.4%水和2.6%硫酸(体积分数)并加入0.15mL/L二硫化碳作为毒化剂(吸附在样品表面,阻止氢原子在样品表面聚合成氢分子),在25℃下保温并通恒定电流48h。充氢试样的慢应变速率拉伸实验(SSRT)在MTSLandmark疲劳试验机上进行,试样厚度为3mm,尺寸如图1所示。应变速率均为7.14×102结果与分析2.1均匀化金相组织和分析图2为7N01铝合金经均匀化热处理后的XRD分析。图中我们只能观察到两种相,即Al基体和MgZn图3和图4分别为7N01铝合金均匀化金相组织和SEM照片。可以看出,晶界上分布有粗大未溶相和链状细小相。通过EDS分析可知,粗大相为熔炼过程中引入的杂质相,链状相与基体成分相近。晶内分布有大量析出相,对比XRD分析,可知其主要为MgZn2.2腐蚀材料的观察图5(a)～(c)为材料充氢后表面和侧面SEM图像。从图5(a)可以看出,材料经70mA/cm由于表层产生腐蚀,不便于观察其它氢致损伤,故通过横截面观察。图5(b)、(c)为150mA/cm2.3比表面积以及表1所示的“比表”材料未充氢和充氢后的SSRT应力-应变曲线如图6所示,力学性能对比如表2所示。可以看出明显的反常现象:材料内部引入氢元素后,随着充氢电流密度增加,抗拉强度保持不变,屈服强度由114MPa下降至81MPa,而延伸率反而由8.6%增加至12.6%,这与文献2.4材料的脆性和断口的尺寸图7(a)～(f)为材料断口SEM分析及示意图。其中图7(a)～(b)为未充氢试样的断口,断口由准解理区和沿晶区构成,混杂有少量的韧窝。准解理区呈现较为平坦的状态,可以观察到一些细小的纹路却找不到连续分布的河流花样,这种断口特征介于解理断裂和微孔聚集型断裂之间,故称为准解理;沿晶断口是典型的冰糖花样,可看见完整晶粒。在该实验中,可以从准解理区域和沿晶区域所占比例来判断材料的脆性。材料经过均匀化热处理后晶内细小第二相粒子密度极高,晶界第二相大而脆,由于晶界的脆性远高于晶内,所以断口以沿晶形式出现而不是穿晶。图7(c)～(d)和图7(e)～(f)分别为30mA/cm3应力应变在微孔加工中的作用机理Swapna通过断口分析可以发现,随充氢电流密度增大,断口特征由冰糖花样+准解理+少量韧窝断口转变为大量韧窝+少量沿晶断口,我们据此提出氢微孔机理。7N01铝合金中,MgZn式中Y为与缺陷尺寸形状有关的几何因子,σ为轴向应力,α为缺陷尺寸。在应力场的作用下,氢原子会被诱导扩散,氢原子聚集处形成微型孔洞。这些微型孔洞由于尺寸极小,其产生的应力场强度因子很小,因此在低于断裂强度的应力下不会发生低应力断裂。当这些微型孔均匀分布在材料内时,变形通过微孔间的基体的微颈缩进行,所需能量比沿晶界断裂更低。于是,原有的沿晶开裂模式就转变为了微孔聚集型开裂,即由脆性断裂过渡到韧性断裂。图8是150mA/cm4不同充氢电流密度材料的断口特征(1)引入氢元素会使材料表面和内部产生氢致损伤,如氢蚀孔和氢压裂纹。(2)预充氢后,材料