CN114770029A - 一种提高7075-t6铝合金耐应力腐蚀性能的表面改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高7075‑T6铝合金耐应力腐蚀性能的表面改性方法，包括以下步骤：1）在支撑装置上装夹7075‑T6铝合金工件；2）由支撑装置带动所述7075‑T6铝合金工件旋转，同时，通过沿所述7075‑T6轴向移动的超声滚压装置对所述7075‑T6铝合金的表层进行超声冲击滚压处理。本发明利用超声表面滚压技术对7075‑T6铝合金的耐应力腐蚀性能进行改善，在合金中制备出梯度纳米结构的同时使其表面光洁度也得到提高，从而使铝合金在耐应力腐蚀性能上达到一个良好的状态，实现了7075‑T6铝合金优异的抗应力腐蚀性能和高强塑性的统一。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高7075-T6铝合金耐应力腐蚀性能的表面改性方法，属于铝合金耐应力腐蚀性能改善技术领域。
背景技术
铝合金具有制造工艺简单，加工和成型性好，耐久性，可靠性耐腐蚀性好，比强度、比刚度较高以及成本低廉等一系列优点。7000系高强度铝合金为A1-Zn-Mg-Cu合金，属于超高强变形铝合金，由于既具有高的抗拉强度，又能保持较高的韧性和耐腐蚀性，广泛地应用于航空、航天工业等领城。其中的7075系铝合金经过T6热处理后具有较高的强度，但抗应力腐蚀的能力极差。1961由Pugh和Jones提出的最简单的应力腐蚀开裂机理：它强调腐蚀裂纹扩展以机械作用为主，当材料受到应力作用时，腐蚀间隙处的氧化层破裂，致使继续在此处发生腐蚀，进而导致裂纹扩展，应力作用会进一步加深腐蚀集中区域。
T6热处理是7075铝合金最主要的强化工艺，该状态下的合金具有最高的强度，但耐应力腐蚀性能极差，主要是因为合金内部形成的析出相在晶界上呈连续链状分布。双级时效可以解决7075-T6合金的应力腐蚀问题，但却使合金的强度损失大约10％～15％。回归再时效处理(Retrogression and Reaging，简称RRA)可在提高合金的耐应力腐蚀性能的同时而不损害其强度。然而，研究表明该时效不利于材料的塑性，而且其第二级回归时效时间较短(通常为几秒到几分钟)，对厚壁件的效果不明显，因此很难实现工业化生产。鉴于此，寻找一个理想的加工方法，实现7075-T6铝合金优异的抗应力腐蚀性能和高强塑性的统一，是十分具有研究意义和应用价值的。
发明内容
基于上述，本发明提供一种提高7075-T6铝合金耐应力腐蚀性能的表面改性方法，能够实现7075-T6铝合金优异的抗应力腐蚀性能和高强塑性的统一，以克服现有技术的不足。
本发明的技术方案是：一种提高7075-T6铝合金耐应力腐蚀性能的表面改性方法，包括以下步骤：
1)在支撑装置上装夹7075-T6铝合金工件；
2)由支撑装置带动所述7075-T6铝合金工件旋转，同时，通过沿所述7075-T6轴向移动的超声滚压装置对所述7075-T6铝合金的表层进行超声冲击滚压处理。
优选的，工艺参数设置为：支撑装置的转速为130～160r/min，进给量为0.1～0.13mm/r，滚压道次为4～10次，滚珠为10～13mm。
优选的，工艺参数设置为：支撑装置的转速为150r/min，进给量为0.11mm/r，滚压道次为6次，滚珠为12mm。
优选的，所述超声滚压装置的滚压头的压力为0.08～0.12MPa，控制电流为0.6～0.8A。
优选的，所述超声滚压装置的滚压头的压力0.10MPa，电流0.7A。
优选的，所述支撑装置为车床。
优选的，所述7075-T6铝合金工件呈圆棒状
优选的，所述7075-T6铝合金工件采用砂轮机打磨表面。
本发明的有益效果是：本发明利用超声表面滚压技术对7075-T6铝合金的耐应力腐蚀性能进行改善，在合金中制备出梯度纳米结构的同时使其表面光洁度也得到提高，从而使铝合金在耐应力腐蚀性能上达到一个良好的状态，实现了7075-T6铝合金优异的抗应力腐蚀性能和高强塑性的统一。经试验，利用本发明对铝合金进行表面改性处理后，材料的表面粗糙度显著降低，改善了铝合金表面质量；此外，7075铝合金的耐应力腐蚀性能得到了明显的提高，其腐蚀速率比原始试样降低了26.31％。
附图说明
图1为对比例1中7075铝合金表面形貌图；
图2为实施例1中7075铝合金表面形貌图；
图3为对比例1中7075铝合金金相组织图；
图4为实施例1中7075铝合金金相组织图；
图5为7075铝合金在超声冲击滚压处理前后的应力应变曲线图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
本发明实施方式一种提高7075-T6铝合金耐应力腐蚀性能的表面改性方法，包括以下步骤：
1)在支撑装置上装夹7075-T6铝合金工件，支撑装置主要用于固定工件并带动其转动。本实施例中，支撑装置可以为车床，铝合金工件呈圆棒状，在进行超声滚压前先采用砂轮机对其表面打磨。
2)由支撑装置带动7075-T6铝合金工件旋转，同时，通过沿7075-T6轴向移动的超声滚压装置对7075-T6铝合金的表层进行超声冲击滚压处理，工艺参数设置为：支撑装置的转速为130～160r/min，进给量为0.1～0.13mm/r，压力0.08～0.12MPa，电流0.6～0.8A，滚压道次为4～10次，滚珠为10～13mm。本实施例中，超声滚压装置是常规工艺设备，在此不再赘述。本实施例中，在超声波发生器的作用下，交流电被转换成超声波频率振荡，再通过换能器将其转变成机械振动，然后在变幅杆的作用下放大机械振动并传递给滚压头，因此控制电流可以控制滚压头的振动。
下面对本发明方法的效果进行试验说明：
实施例1：
处理步骤：
1)将原始T6态7075铝合金加工成尺寸为φ4×185mm的圆棒样；
2)对7075铝合金圆棒样用砂轮机打磨表面，去除材料表面的加工痕迹；
3)将7075铝合金圆棒样安装在超声滚压机床上，对圆棒样进行超声冲击滚压处理，其具体加工参数为：车床速度150r/min，进给量为0.11mm/r，压力0.10MPa，电流0.7A，滚压道次为6次，滚珠为12mm。
对比例1：
处理步骤：
1)将原始T6态7075铝合金加工成尺寸为φ4×185mm的圆棒样；
2)对7075铝合金圆棒样用砂轮机打磨表面，去除材料表面的加工痕迹。处理工艺与实施例1中的步骤1)和2)相同。
结果分析：
1、粗糙度分析
经分析，对比例1中7075铝合金表面的粗糙度Ra为0.63μm，而实施例1中7075铝合金表面的粗糙度Ra为0.06μm，表面粗糙度下降极为明显，可见本发明工艺能够提高铝合金的表面质量。
2、表面形貌分析
图1为对比例1中7075铝合金表面的形貌图，图2为实施例1中7075铝合金表面的形貌图，从图中可看出，实施例1中的表面光洁度明显高于对比例1中的表面光洁度。
3、金相组织分析
图3为对比例1中7075铝合金的金相组织图片，图4为实施例1中7075铝合金表面的金相组织图片，从图中看出，实施例1中铝合金形成了约240μm的梯度层(表层、过渡层和基体)，而对比例中未有该形态。
4、残余应力分析
经分析，对比例1中7075铝合金表面的残余应力为-12MPa，而实施例1中7075铝合金表面的残余应力为-702MPa，残余应力下降明显。
5、应力腐蚀性能分析
本申请采用慢应变速率应力腐蚀试验机对铝合金的抗应力腐蚀性能进行测试。慢应变速率拉伸过程中采用的腐蚀液为3.5％NaCl溶液，拉伸应变速率设置为10-6s-1。
经测量，对比例1中7075铝合金在溶液中拉伸时的抗拉强度和延伸率分别为532.4MPa和7.1％，在空气中拉伸是的抗拉强度和延伸率分别为606.5MPa和10.0％。实施例1中7075铝合金在溶液中拉伸时的抗拉强度和延伸率分别为574.7MPa和8.6％，在空气中拉伸是的抗拉强度和延伸率分别为631.4MPa和10.7％。
将上述各项力学性能指标进行数学计算，可以得到应力腐蚀指数ISSRT。该指数与单项的力学性能指数相比能够更准确地反映出材料的应力腐蚀断裂敏感性，常常作为抗应力腐蚀性能的重要判据，其计算公式如下所示：
ISSRT＝1-[σs(1+δs)]/[σA(1+δA)]
其中σs和δs分别表示在溶液中拉伸时的抗拉强度和延伸率；σA和δA分别表示在空气中拉伸是的抗拉强度和延伸率。
经计算，实施例1和对比例1的应力腐蚀指数分别为25.4％和35.4％。可见，相比于原始样，经本发明表面改性处理后7075铝合金的应力腐蚀指数明显降低，腐蚀指数比原始试样降低了39.37％。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种提高7075-T6铝合金耐应力腐蚀性能的表面改性方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在支撑装置上装夹7075-T6铝合金工件；
2)由支撑装置带动所述7075-T6铝合金工件旋转，同时，通过沿所述7075-T6轴向移动的超声滚压装置对所述7075-T6铝合金的表层进行超声冲击滚压处理。
2.根据权利要求1所述的提高7075-T6铝合金耐应力腐蚀性能的表面改性方法，其特征在于，工艺参数设置为：支撑装置的转速为130～160r/min，进给量为0.1～0.13mm/r，滚压道次为4～10次，滚珠为10～13mm。
3.根据权利要求2所述的提高7075-T6铝合金耐应力腐蚀性能的表面改性方法，其特征在于，工艺参数设置为：支撑装置的转速为150r/min，进给量为0.11mm/r，滚压道次为6次，滚珠为12mm。
4.根据权利要求1所述的提高7075-T6铝合金耐应力腐蚀性能的表面改性方法，其特征在于，所述超声滚压装置的滚压头的压力为0.08～0.12MPa，控制电流为0.6～0.8A。
5.根据权利要求4所述的提高7075-T6铝合金耐应力腐蚀性能的表面改性方法，其特征在于，所述超声滚压装置的滚压头的压力0.10MPa，电流0.7A。
6.根据权利要求1所述的提高7075-T6铝合金耐应力腐蚀性能的表面改性方法，其特征在于，所述支撑装置为车床。
7.根据权利要求1所述的提高7075-T6铝合金耐应力腐蚀性能的表面改性方法，其特征在于，所述7075-T6铝合金工件呈圆棒状。
8.根据权利要求5所述的提高7075-T6铝合金耐应力腐蚀性能的表面改性方法，其特征在于，所述7075-T6铝合金工件采用砂轮机打磨表面。
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Legal Events
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