腐蝕條件對Al-Zn-Mg鋁合金強韌性能的影響

肖 濤，林化強，葉凌英，孫 琳，鄧運來

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腐蝕條件對Al-Zn-Mg鋁合金強韌性能的影響

肖 濤1, 2，林化強3，葉凌英2，孫 琳3，鄧運來1, 2

(1. 中南大學(xué) 輕合金研究院，長沙 410083；2. 中南大學(xué) 有色金屬材料與工程教育部重點實驗室，長沙 410083；3. 南車青島四方機車車輛股份有限公司，青島 266000)

采用硬度、電導(dǎo)率、拉伸和卡恩撕裂性能測試，結(jié)合差示掃描量熱法(DSC)、金相顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)研究不同腐蝕條件對Al-Zn-Mg鋁合金強韌性能的影響。結(jié)果表明：經(jīng)(25 ℃，3.5%NaCl；50 ℃，3.5%NaCl；100 ℃，3.5%NaCl；25 ℃，6%NaCl)腐蝕液浸泡后，材料的強度受腐蝕液溫度和濃度的影響，隨著3.5%NaCl腐蝕液溫度的升高，材料的強度呈現(xiàn)一種先降低后升高的趨勢，相對于未腐蝕材料，當溫度從50 ℃變化到100 ℃時，3.5%NaCl腐蝕液浸泡后的材料強度上升比較明顯，為11.51 MPa；當溫度為25 ℃時，6%NaCl腐蝕液中材料強度下降較大為10.25 MPa；材料的韌性則隨著腐蝕液溫度、濃度的升高而降低；經(jīng)(100 ℃，3.5%NaCl)腐蝕液浸泡后，材料的韌性與未腐蝕材料有明顯差別，韌性值下降10.4%，擠壓方向與垂直擠壓方向的韌性差值由原來的13.4 N/mm增大為32.4 N/mm。

Al-Zn-Mg鋁合金；腐蝕；強度；韌性

近年來，隨著輕軌的高速發(fā)展，鋁合金除不但具有密度低、耐蝕性能高等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于軌道車輛，因而采用鋁合金代替鋼鐵材料以減輕車體質(zhì)量，提升列車運行速率，對鋁合金的需求量逐步增加。Al-Zn-Mg鋁合金不但具有良好的擠壓性能，且具有優(yōu)良的焊接性能，是理想的中強可焊接結(jié)構(gòu)材料，廣泛應(yīng)用于制造鐵道和地鐵列車及大型汽車用大型薄壁高精度復(fù)雜實心型材和空心型材[1?5]。材料的強度和韌性作為評價材料力學(xué)性能的重要指標，而通常情況下，材料獲得較高韌性是以犧牲較高強度值為前提，7×××鋁合金在強度和韌性間表現(xiàn)出良好的結(jié)合，其中的Al-Zn-Mg擠壓型材作為高鐵的主承力構(gòu)件對列車的使用壽命和安全至關(guān)重要，因而對Al-Zn-Mg強韌性的研究具有重要的工程實際意義[6?8]。

前人對強韌性的研究較為多見，而各種腐蝕環(huán)境服役后強韌性能的變化的研究鮮見報道，Al-Zn-Mg鋁合金零部件服役年限從幾年到幾百年不等，許多服役件在承載過程中發(fā)生失效斷裂會造成大量的財力損失和人員傷亡，因而，服役腐蝕環(huán)境對材料的性能的影響值得關(guān)注，由于南北溫度的差異以及東西部腐蝕環(huán)境的不同，Al-Zn-Mg擠壓型材會遭受各種環(huán)境的腐蝕，不同的溫度下材料微觀析出相將會發(fā)生改變，此外，材料的表面狀況將會發(fā)生改變，因而材料的強韌性能將發(fā)生很大的變化，使得材料在較低的承載服役過程當中發(fā)生失效斷裂。UNGáR等[9]的研究表明：在低溫下的時效過程當中，主要生成細小GP區(qū)，在當時效溫度為80~100 ℃時，GP區(qū)的體積分數(shù)與時間呈線性增長關(guān)系，主要是GP區(qū)的長大，而′和相在100~160 ℃范圍內(nèi)才開始形成。馮迪等[10?11]認為時效析出動力較大時，在65 ℃以上溫度就存在′相的 析出；材料表面狀況的優(yōu)劣會影響材料的承載能力，在表面狀況較差的部位裂紋容易萌生和擴展，使得材料在較低的承載條件下發(fā)生失穩(wěn)斷裂。本文作者探明不同模擬環(huán)境腐蝕條件下Al-Zn-Mg型材強度、韌性與多相組織演化之間的規(guī)律，以及該材料的表面腐蝕狀況對強度、韌性的影響，為制備Al-Zn-Mg鋁合金生產(chǎn)工藝提供建議，并為Al-Zn-Mg鋁合金的研究和開發(fā)提供理論依據(jù)與實踐數(shù)據(jù)。

1 實驗

1.1 實驗材料

實驗材料為T5態(tài)Al-Zn-Mg鋁合金型材，樣品基礎(chǔ)坐標系為擠壓方向(ED)、垂直擠壓方向(TD)兩個相互垂直的方向定義，其主要成分為Al-4.5Zn-1.3Mg- 0.2Cu(質(zhì)量分數(shù)，%)，成分和牌號為7020、7005、7N01、7A05等鋁合金成分相近。

1.2 實驗方法

實驗所用不同溫度梯度(25、50、100 ℃)和不同濃度梯度(3.5%NaCl、6%NaCl(質(zhì)量分數(shù)))水溶液模擬不同的腐蝕環(huán)境，將加工好的試樣在模擬腐蝕環(huán)境中浸泡7 d，之后進行相關(guān)的組織和性能測試，實驗用常溫拉伸強度、撕裂強度(TS)表征材料的強度，本研究中材料強度受到材料本身強度和材料表面狀況綜合影響，因而在本實驗中可表征材料強度和腐蝕性能綜合作用的參量；材料的單位面積形核功值(UIE)和材料通過CT實驗所測得的Q2值存在一種正相關(guān)的對應(yīng)關(guān)系，因而，采用卡恩撕裂實驗結(jié)果中的單位面積形核功 (UIE) 表征試樣對缺口形成和擴展抗力參量，從某種程度上反映了材料的斷裂韌性[6]。

將腐蝕后和未腐蝕的試樣在HV5硬度計上進行硬度測試，載荷為29.4 N，加載時間15 s，結(jié)果所測硬度值為5個點去掉最大最小值后3個點的平均值，單位為HV；將實驗樣品在7501用渦流電導(dǎo)儀測上進行電導(dǎo)率測試，結(jié)果所測電導(dǎo)率值為5個點去掉最大最小值后3個點的平均值，單位為%(IACS)；將未腐蝕和各種腐蝕環(huán)境下樣品分別在CSS?44100型號拉伸實驗機、RWS50電子蠕變試驗機上分別進行拉伸和卡恩撕裂性能測試實驗，材料分別從沿擠壓方向和垂擠壓方向取樣，平行試樣設(shè)置為3個；掃描電子顯微鏡用FEI-Quanta掃描電鏡及其能譜儀附件對表面形貌掃描觀察與分析；用TECNAI G220型透射電鏡進行透射電子顯微分析，加速電壓為200kV，透射電鏡樣品直徑為3 mm，厚度80 μm，雙噴減薄液為硝酸+甲醇的混合液，硝酸與甲醇的體積比為2:8，溫度控制在?25~?35 ℃之間，電壓為15~20 V。

2 實驗結(jié)果

2.1 硬度和電導(dǎo)率

硬度和電導(dǎo)率主要受溫度因子影響，表1所列為未腐蝕材料和處在不同腐蝕條件下材料的硬度和電導(dǎo)率變化。從表1數(shù)據(jù)的規(guī)律可看出，材料的硬度隨著腐蝕液溫度的升高呈現(xiàn)一種先降低后升高的趨勢，相對于50 ℃腐蝕液，在100 ℃腐蝕液中浸泡7 d后，材料硬度上升4.66HV；電導(dǎo)率則隨著溫度的升高總體上呈現(xiàn)一種上升的趨勢，未腐蝕試樣、25和50 ℃腐蝕液浸泡后試樣電導(dǎo)率比較可知，在50℃溫度下浸泡后材料的電導(dǎo)率出現(xiàn)了相對較大程度的提升約為1%(IACS)，100 ℃相對于50 ℃下的電導(dǎo)率略有上升。

2.2 常溫拉伸實驗

常溫拉伸強度值和硬度變化趨勢一致，材料的沿擠壓方向和垂擠壓方向抗拉強度都隨著浸泡溫度的升高呈現(xiàn)一種先降低后升高的變化規(guī)律，沿擠壓方向材料相對于垂直擠壓方向材料抗拉強度略高。從擠壓方向分析，相比于未腐蝕材料，抗拉強度在50 ℃腐蝕液浸泡后下降6.03 MPa，而在100 ℃溫度下則升高5.48 MPa。由此可以看出，相對于50 ℃腐蝕液，在100 ℃腐蝕液中浸泡7 d后，型材抗拉強度上升比較明顯為11.51 MPa；相對于(25 ℃，3.5%NaCl)腐蝕液，在(25 ℃，6%NaCl)腐蝕液中浸泡7d后，材料的強度下降幅度較大，為10.25 MPa。

2.3 卡恩撕裂實驗

圖2所示為不同腐蝕環(huán)境中材料卡恩撕裂實驗結(jié)果。對比未腐蝕材料，經(jīng)過腐蝕后的材料撕裂強度(TS)和單位面積形核功(UIE)出現(xiàn)不同程度的降低，擠壓方向相對于垂直擠壓方向的撕裂強度和撕裂韌性較好，經(jīng)過腐蝕后擠壓方向(ED)與垂直擠壓方向(TD)單位裂紋形核功差值由原來的13.4 N/mm增大為32.4 N/mm。隨著溫度的升高材料的撕裂強度和抗拉強度一樣呈現(xiàn)一種先下降后上升的趨勢；單位面積形核功隨著溫度的升高逐漸下降，在100 ℃的腐蝕液腐蝕作用下單位面積形核功相對于未腐蝕試樣下降幅度相對較大為40.8 N/mm，下降了10.4%。(25 ℃，3.5%NaCl)和 (25 ℃，6%NaCl)腐蝕液浸泡后的材料的變化規(guī)律可以看到，較高腐蝕液濃度將會降低材料的撕裂強度和單位面積形核功，相比較3.5%NaCl各種溫度條件下的卡恩撕裂強度，經(jīng)過6%濃度腐蝕液浸泡7 d后，材料的撕裂強度更低，相對于(25 ℃，3.5%NaCl)溶液中浸泡后材料，在(25 ℃，6%NaCl)腐蝕液中浸泡后的材料的沿擠壓方向單位面積形核功值下降17.9 N/mm。

圖2 不同腐蝕條件下材料卡恩撕裂性能的變化

2.4 表面腐蝕形貌

圖3所示為試樣在不同溫度鹽水中浸泡7 d后的幾種典型表面腐蝕形貌及能譜分析，其中亮色粒子相對于較暗的基體的原子序數(shù)相對較高。圖3(a)中可以看到許多細小的點蝕坑，坑與坑之間的間距相對較大；圖3(b)是圖3(a)的局部放大圖，對其中的亮色粒子進行能譜分析，發(fā)現(xiàn)其主要成分為Al、O、Zn、Fe、Si、Mn元素。圖3(c)中可以看到亮色粒子呈條帶狀分布；圖3(d)為腐蝕后形成腐蝕產(chǎn)物，呈現(xiàn)泥紋狀。圖3(a)中所示腐蝕形貌在低溫低濃度腐蝕液中浸泡后的材料表面較為多見，而圖3(d)中所示腐蝕形貌更多出現(xiàn)在高溫、高濃度的腐蝕液浸泡后的材料表面。

表1 不同腐蝕條件下性能的變化

圖3 材料典型的表面腐蝕形貌

圖4所示分別為試樣在(25、50、100 ℃)的(3.5%NaCl、6%NaCl)溶液中典型表面腐蝕形貌。在(25 ℃，3.5%NaCl)環(huán)境中，從低倍圖片上可以看到擠壓條紋，表面上亮色的腐蝕產(chǎn)物較少(見圖4(a))；從放大的圖片可以看到，表面上可以看到大量細小的腐蝕坑，腐蝕坑的深度較小，坑與坑之間的距離相對較大(見圖4(b))。在(25 ℃，6%NaCl)溶液中，材料表面基本看不到擠壓的條紋，產(chǎn)生了較多亮色的腐蝕產(chǎn)物，部分脫落留下了腐蝕坑，其邊緣為干裂的泥塊狀腐蝕產(chǎn)物，如圖4(c)和(d)所示。材料在(50 ℃，3.5%NaCl)溶液中腐蝕7 d后，材料表面仍然能看到部分擠壓條紋，這說明在該種溶液中材料的腐蝕深度不大，如圖4(e)和(f)所示。在(100 ℃，3.5%NaCl)溶液中腐蝕7 d后，已經(jīng)看不到擠壓的條紋，表面全部被腐蝕產(chǎn)物所覆蓋，且部分區(qū)域的腐蝕產(chǎn)物剝落較為嚴重，可見已經(jīng)腐蝕到了材料的深處，腐蝕產(chǎn)物的體積較基體材料更大，腐蝕產(chǎn)物之間已經(jīng)出現(xiàn)了部分裂紋，如圖4(g)和(h)所示。

圖4 不同腐蝕條件下材料表面腐蝕形貌

3 分析與討論

3.1 顯微組織分析

Al-Zn-Mg系鋁合金是一種可熱處理強化型鋁合金，時效主要是達到沉淀強化的目的。圖5所示為試樣的顯微組織。根據(jù)圖5(a)、(b)、(c)分析可知，晶粒內(nèi)部分析出相的尺寸大小不均，晶內(nèi)組織中可以清楚的看到T5態(tài)7×××鋁合金材料中常見的′相。從圖5(d)可以清楚的看到，晶界相的尺寸較大，呈現(xiàn)不連續(xù)分布，很明顯，這種型材材料處于一種人工過時效狀 態(tài)[12?16]。圖5(e)所示材料的掃描組織，和圖(3)相對應(yīng)，可以看到呈點狀、條帶狀、和大塊狀分布的第二相分別如圖3(a)、(c)、(d)所示，對這些第二相進行能譜分析如圖5(f)所示，為含F(xiàn)e、Mn、Si的第二相粒子。圖6所示為未腐蝕試樣5℃/min升溫速率下的DSC曲線。由DSC曲線中可以看到A、C、E 3個吸熱峰，這3個吸熱峰分別代表GP區(qū)、′、相的回熔。放熱峰B、D代表′、相的形成，A峰代表小尺寸GP區(qū)的回熔，而小尺寸 GP區(qū)形成于雙級時效出廠后和實驗前的自然停放過程當中，分析可知，材料在雙級時效后自然時效仍然具有時效析出動力，從放大的圖6(b)可以看到吸熱峰A出現(xiàn)在90~100 ℃的溫度區(qū)間，細小的GP區(qū)作為沉淀強化相，它的溶解使得材料在50 ℃溫度下硬度值相對較低。在100 ℃下硬度則出現(xiàn)了提升，根據(jù)馮迪等[16]的結(jié)論，在時效析出動力較大時，在65 ℃以上溫度也存在′相的析出，在較高的100 ℃溫度下，小尺寸GP區(qū)溶解的同時，部分GP區(qū)則發(fā)生了長大，在長時間的保溫環(huán)境下，這些長大的GP區(qū)這就為′相的析出提供了有利條件，′相作為Al-Zn-Mg系鋁合金的重要強化相，它的析出將大大提升材料的硬度、強度。圖5(b)相對于圖5(a)具有更密集的′相。材料的電導(dǎo)率在50 ℃溫度下較高，這也解釋的GP區(qū)的變化規(guī)律，根據(jù)張建波等[12]的結(jié)論，由于GP區(qū)為與基體共格的析出相，它的形成會產(chǎn)生畸變能，使得對電子反射能力增加，因而其電導(dǎo)率下降。在50 ℃溫度下部分小尺寸的GP區(qū)的回溶會導(dǎo)致電導(dǎo)率升高；在100 ℃下除了有小尺寸GP區(qū)回熔、固溶度的下降使得電導(dǎo)率升高外，GP區(qū)形成非共格′相，非共格相的析出會導(dǎo)致材料的畸變能降低電導(dǎo)率升高，而大尺寸GP區(qū)的長大導(dǎo)致電導(dǎo)率降低，經(jīng)100 ℃溶液浸泡后，材料電導(dǎo)率受這些因素的綜合作用。

試驗收獲前夕，對各處理的主要經(jīng)濟性狀進行了全面的測量與記載。由表2可知，處理4各項經(jīng)濟指標均高于對照，其中百粒重較對照高2.46 g，空稈率和雙棒率均優(yōu)于對照和其他處理；處理3較對照差異也明顯；處理2較對照各項經(jīng)濟指標均無明顯差異。由表3可知，處理4和處理3株高、莖粗、穗位較對照均有明顯差異，其中處理4的株高、莖粗、穗位較對照分別增加24 cm、0.4 cm、24 cm；處理2較對照無明顯差異。

圖5 Al-Zn-Mg鋁合金的顯微組織

圖6 未腐蝕Al-Zn-Mg鋁合金在5 ℃/min升溫速率下的DSC曲線

根據(jù)材料的生產(chǎn)工藝和實驗操作條件可以分析材料時效析出機制如圖1所示，即材料經(jīng)過120 ℃和150 ℃的雙級時效后空冷淬火，這種空冷淬火效應(yīng)仍然具有一定的固溶效果，之后在自然環(huán)境下停放一段時間，未進行加工和進一步的服役處理(相當于一種自然時效)。在實驗提供的25、50、100 ℃的鹽水浸泡7 d相當于對材料進行一種后續(xù)的三級時效處理，在第三級的時效下仍然有沉淀相的析出與溶解變化。

圖1 時效機理示意圖

3.2 性能變化規(guī)律分析

在本實驗中，在3.5%NaCl溶液中浸泡后，Al-Zn-Mg鋁合金在50 ℃環(huán)境中相對于25 ℃環(huán)境中浸泡7 d后硬度降低，100 ℃下，材料硬度上升比較明顯，常溫拉伸抗拉強度和卡恩撕裂強度的變化規(guī)律和硬度變化趨勢一致。從圖2(a)中可以看到，材料在(25 ℃，3.5%NaCl)環(huán)境中，低于未腐蝕環(huán)境中的撕裂強度值，由于材料的強度除了受第二相強化機制外還受試樣表面狀況的影響，在較高的50 ℃溫度下，小尺寸的GP區(qū)的溶解會造成材料的強度降低，此外材料在腐蝕浸泡形成的腐蝕坑會降低材料的承載面積并導(dǎo)致晶界腐蝕弱化[17?18]，裂紋容易在腐蝕坑的底部薄弱的晶界萌生和擴展，從而降低抗拉強度m值，使得材料在更低的加載應(yīng)力下發(fā)生失效斷裂，如圖7(a)和(b)所示；在100 ℃溫度下材料的表面狀況很差，卻由于′強化相的析出，材料的強度值反而升高。

圖7 拉伸試樣平行區(qū)金相組織

材料的斷裂韌性會受到粗大第二相和無沉淀析出帶(PFZ)的影響，粗大的結(jié)晶第二相容易受到應(yīng)力集中，在外界加載應(yīng)力的作用下裂紋容易在這些粗大第二相部位形核、擴展以及最后的失穩(wěn)斷裂，在腐蝕環(huán)境下，這些第二相電位相對于鋁基體較負充當陰極相導(dǎo)致周圍基體發(fā)生腐蝕，這種腐蝕坑的形成對材料的強度具有一定的削弱作用，會加大粗大結(jié)晶第二相對材料韌性的不利影響[19?20]。根據(jù)圖4(a)、(c)、(e)、(g)可以得知，材料中腐蝕是分布不均勻的，因而在不同腐蝕條件下，材料在腐蝕后表面破損狀況不一，因而不同腐蝕條件下材料韌性值不同。圖8所示為卡恩撕裂試樣V口底部附近的斷口形貌，圖8(a)中可以看到未腐蝕試樣斷口存在大量的等軸韌窩，呈現(xiàn)韌性斷裂的形貌特征；由圖8(b)中可以看到，在腐蝕環(huán)境中試樣斷口近表面?zhèn)瘸尸F(xiàn)少量沿晶脆性斷裂的形貌特征。由于在惡劣的腐蝕環(huán)境下，材料的晶界發(fā)生弱化，晶粒間的結(jié)合力降低，此外腐蝕液可以沿晶界向材料深處滲透，因而從圖8 (b)中可以看到近表面?zhèn)鹊牧辽g產(chǎn)物。在加載過程中，裂紋可直接在已破損的腐蝕坑的底部擴展，隨著溫度的升高、濃度的升高，材料的晶界弱化越嚴重，這將大大降低裂紋形核的條件。此外，在較高溫度下，部分小尺寸GP區(qū)的溶解以及′相的生成總體上提升了晶內(nèi)的強度，因而晶內(nèi)、晶界強度差變大，這些因素使得單位面積形核功值在高溫下降低幅度較大。DUMONT等[6]的研究結(jié)果表明，高熔點第二相沿加工方向分布，在外在加載載荷的作用下，裂紋容易沿著粗大的高熔點結(jié)晶相擴展發(fā)生斷裂，因而材料的沿擠壓方向低于垂直擠壓方向的單位面積形核功值。經(jīng)環(huán)境腐蝕液浸泡后，垂直擠壓方向試樣中加載應(yīng)力和高熔點第二相分布方向一致，由于高熔點第二相導(dǎo)致基體形成的腐蝕坑，裂紋更加容易在垂擠壓方向試樣擴展，因此在腐蝕環(huán)境中垂擠壓方向與沿擠壓方向韌性的差值要大于未腐蝕環(huán)境對應(yīng)的 差值。

圖8 卡恩撕裂試樣近缺口處的斷口形貌

4 結(jié)論

1) Al-Zn-Mg鋁合金的T5態(tài)是一種不穩(wěn)定狀態(tài)，在后續(xù)的復(fù)雜腐蝕環(huán)境中仍會有沉淀相的析出與溶解變化。

2) 高溫度和高濃度的腐蝕液會弱化晶粒結(jié)合強度并降低材料承載面積，使得材料強度下降。此外，在不同溫度腐蝕液中沉淀相的析出和溶解會影響材料的強度值，綜合考慮這些影響因素，材料的強度在中等溫度腐蝕液和高濃度腐蝕液中浸泡后下降較為 嚴重。

REFERENCES

[1] 彭小燕, 曹曉武, 段雨露, 陳舉飛, 徐國富, 尹志民. 7020鋁合金MIG焊焊接接頭的組織與性能[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2014, 24(4): 912?918.
PENG Xiao-yan, CAO Xiao-wu, DUAN Yu-lu, CHEN Ju-fei, XU Guo-fu, YIN Zhi-Min. Microstructures and properties of MIG welded joint of 7020 aluminum alloy[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2014, 24(4): 912?918.

[2] 付 高, 鄧運來, 王亞風, 戴青松, 張新明. 微量元素含量對Al-Zn-Mg合金組織與性能的影響[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2015, 25(10): 2632?2641.
FU Gao, DENG Yun-lai, WANG Ya-feng, DAI Qing-song, ZHANG Xin-ming. Effects of microelement content on microstructure and properties of Al-Zn-Mg aluminum alloy[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2015, 25(10): 2632?2641.

[3] HUANG Xing, PAN Qing-lin, LI Bo, LIU Zhi-ming, HUANG Zhi-qi, YIN Zhi-ming. Microstructure, mechanical properties and stress corrosion cracking of Al-Zn-Mg-Zr alloy sheet with trace amount of Sc[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2015, 650: 805?820.

[4] WU H, WEN S P, HUANG H, WU X L, GAO K Y, WANG W, NIE Z R. Hot deformation behavior and constitutive equation of a new type Al-Zn-Mg-Er-Zr alloy during isothermal compression[J]. Materials Science and Engineering A, 2016, 651: 415?424.

[5] WANG Ming-liang, JIN Pei-peng, WANG Jin-hui, HAN Li. Hot deformation behavior of as-quenched 7005 aluminum alloy[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2014, 24(9): 2796?2804.

[6] DUMONT D, DESCHAMPS A, BRECHET Y. On the relationship between microstructure, strength and toughness in AA7050 aluminum alloy[J]. Materials Science and Engineering A, 2003, 356(1/2): 326?336.

[7] 曾世寶, 葉凌英, 劉勝膽, 鄔沛卿, 單朝軍, 鄧運來, 張新明. 均勻化升溫速率對7N01鋁合金組織與力學(xué)性能的影響[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2014, 24(9): 2228?2234.
ZENG Shi-bao, YE Ling-ying, LIU Sheng-dan, WU Pei-qing, SHAN Chao-jun, DENG Yun-lai, ZHANG Xin-ming. Effect of homogenization heating rate on microstructure and mechanical properties of 7N01 aluminum alloy[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2014, 24(9): 2228?2234.

[8] FENG Chun, SHOU Wen-bin, LIU Hui-qun, YI Dan-qing, FENG Yao-rong. Microstructure and mechanical properties of high strength Al-Zn-Mg-Cu alloys used for oil drill pipes[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2015, 25(11): 3515?3522.

[9] UNGáR T, LENDVAI J, KOVáCS I, GROMA G, KOVáCS-CSETéNYI E. The decomposition of the solid solution state in the temperature range 20 to 200 ℃ in an Al-Zn-Mg alloy[J]. Journal of Materials Science, 1979, 14: 671?679.

[10] 馮 迪, 張新明, 劉勝膽, 陳 祺. 預(yù)時效溫度及回歸加熱速率對7150鋁合金顯微組織及性能的影響[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2013, 23(5): 1173?1181.
FENG Di, ZHANG Xin-ming, LIU Sheng-dan, CHEN Qi. Effect of pre-aging temperature and retrogression heating rate on microstructure and properties of 7150 alloy[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2013, 23(5): 1173?1181.

[11] 馮 迪, 張新明, 鄧運來, 劉勝膽, 吳澤政, 郭奕文. 預(yù)時效溫度及回歸加熱速率對7055鋁合金組織及性能的影響 [J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2014, 24(5): 1141?1150.
FENG Di, ZHANG Xin-ming, DENG Yun-lai, LIU Sheng-dan, WU Ze-zheng, GUO Yi-wen. Effect of pre-ageing temperature and retrogression heating rate on microstructure and properties of 7055 aluminum alloy[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2014, 24(5): 1141?1150.

[12] 張建波, 張永安, 何振波, 金龍兵, 朱寶宏, 李志輝. 自然時效對7N01鋁合金組織和性能的影響[J]. 稀有金屬, 2012, 36(2): 191?195.
ZHANG Jian-bo, ZHANG Yong-an, HE Zheng-bo, JIN Long-bin, ZHU Bao-hong, LI Zhi-hui. Effect of nature ageing on properties and microstructure of 7N01 aluminum alloys[J]. Chinese Journal of Rare Metals, 2012, 36(2): 191?195.

[13] PENG Guo-sheng, CHEN Kang-hua, CHEN Song-yi, FANG Hua-chan. Influence of dual retrogression and re-aging temper on microstructure, strength and exfoliation corrosion behavior of Al-Zn-Mg-Cu alloy[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2012, 22(4): 803?809.

[14] RANGANATHA R, KUMAR V A, NANDI V S, BHAT R R, MURALIDHARA B K. Multi-stage heat treatment of aluminum alloy AA7049[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2013, 23(6): 1570?1575.

[15] 陳送義, 陳康華, 董朋軒, 葉升平, 黃蘭萍, 陽代軍. 雙級時效對7085鋁合金組織和性能的影響[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2015, 25(10): 2688?2694.
CHEN Song-yi, CHEN Kang-hua, DONG Peng-xuan, YE Sheng-ping, HUANG Lan-ping, YANG Dai-jun. Effect of two-step aging on microstructure and properties of 7085 aluminum alloy[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2015, 25(10): 2688?2694.

[16] 馮 迪, 張新明, 劉勝膽. 非等溫回歸再時效對7055鋁合金中厚板的厚向組織及性能均勻性的影響[J]. 中國有色金屬學(xué)報, 2015, 25(11): 3000?3010.
FENG Di, ZHANG Xin-ming, LIU Sheng-dan. Effect of non-isothermal retrogression and re-ageing on through-thickness homogeneity of microstructure and properties in7055 aluminum alloy medium thick plate[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2015, 25(11): 3000?3010.

[17] SUN X Y, ZHANG B, LIN H Q, ZHOU Y, SUN L, WANG J Q, HAN E H, KE W. Correlations between stress corrosion cracking susceptibility and grain boundary microstructures for an Al-Zn-Mg alloy[J]. Corrosion Science, 2013, 77: 103?112.

[18] FARAHANY S, OURDJINI A, BAKHSHESHI-RAD H R. Microstructure, mechanical properties and corrosion behavior of Al-Si-Cu-Zn-X (X=Bi, Sb, Sr) die cast alloy[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2016, 26(1): 28?38.

[19] HAN N M, ZHANG X M, LIU S D, HE D G, ZHANG R. Effect of solution treatment on the strength and fracture toughness of aluminum alloy 7050[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2011, 509(10): 4138?4145.

[20] CHEN Song-yi, CHEN Kang-hua, DONG Peng-xuan, YE Sheng-ping, HUANG Lan-ping. Effect of heat treatment on stress corrosion cracking, fracture toughness and strength of 7085 aluminum alloy[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2014, 24(7): 2320?2325.

Corresponding author: DENG Yun-lai; Tel: +86-13873182095; E-mail: luckdeng@csu.edu.cn

(編輯 李艷紅)

Effect of corrosion conditions on strength and toughness of Al-Zn-Mg aluminum alloys

XIAO Tao1, 2, LIN Hua-qiang3, YE Ling-ying2, SUN Lin3, DENG Yun-lai1, 2

(1. School of Light Alloy Research, 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. CSR Qingdao Sifang Co., Ltd., Qingdao 266000, China)

The effect of different corrosion conditions on the strength and toughness of Al-Zn-Mg aluminum alloys was investigated by hardness, electrical conductivity, tensile test, Kahn tear test, differential scanning calorimetry (DSC), optical microscopy(OM), scanning electron microscopy(SEM) and transmission electron microscopy(TEM). The results show that, after immersion in (25 ℃, 3.5%NaCl; 50 ℃, 3.5%NaCl; 100 ℃, 3.5%NaCl; 25 ℃, 6%NaCl) etching solution, the temperature and concentration of etching solution have effects on the strength of the material. With the temperature rise of 3.5%NaCl etching solution, the strength decreases firstly, and then increases, and the strength increases by 11.51 MPa when the temperature varies from 50 ℃ to 100 ℃. While the material is soaked in etching solution at the temperature of 25 ℃, the strength of material soaked in 6%NaCl etching solution decreases by 10.25 MPa compared with that of the free-corrosive material. The toughness decreases with the temperature rise of the etching solution and etching solution concentration. There are obvious differences between free-corrosive material and the material soaked in 3.5%NaCl etching solution at the temperature of 100 ℃, the toughness decreases by 10.4%, and the toughness difference varies from 13.4 N/mm to 32.4 N/mm between the extrusion orientation and vertical extrusion orientation.

Al-Zn-Mg aluminum alloys; corrosion; strength; toughness

Project(2012CB619500) supported by the National Basic Research Development of China

2015-11-10; Accepted date: 2016-04-12

1004-0609(2016)-07-1391-09

TG146.21

A

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃資助項目(2012CB619500)

2015-11-10；

2016-04-12

鄧運來，教授，博士；電話：13873152095；E-mail: luckdeng@csu.edu.cn