吴建山等：加载方向对A1一Z一Mg合金型材应力腐蚀开裂行为的影响 ·351· specimens,respectively.The specimens were completely immersed in a corrosive solution,a mixture of 35g NaCl and 1 L deionized water,with a constant unidirectional loading of 225 MPa for 360h at 50+2C.The experimental results show that the transverse speci- men is fractured at 315 h,whereas the longitudinal specimen does not break during the entire loading process.Thus,the transverse specimens have poor resistance to stress corrosion cracking.The corrosion current density of the longitudinal section (LS)is 0.980 mAcm,which is approximately 5 times that of the transverse section (T-S).Thus,corrosion tends to propagate along the longitudinal direction.The LS is more susceptible to corrosion than the T-S owing to the larger misorientation difference and higher energy of the grain boundary.During the stress corrosion loading process,anodic dissolution occurs and forms corrosion pits.Then,the cooperation of the wedge force produced by the accumulation of corrosion products and constant load causes the crack to propagate along the grain boundary.Intergranular corrosion of the two types of samples is obvious under all immersion corrosion conditions.Different specimens exhibit the tendency to undergo stress corrosion cracking. KEY WORDS Al-Zn-Mg alloy:sampling direction:stress corrosion cracking:anodic dissolution:intergranular corrosion Al一Zn-Mg合金作为可热处理强化的高强铝合 0.5%以上，随着氯化钠质量分数的增加，其强度显 金，广泛应用于船舶、轨道交通、航空等材料领 著降低；对影响其应力腐蚀行为的因素研究主要有 域-0：因其服役环境的复杂性，往往高强铝合金在 热处理、预应变、合金成分和腐蚀环境.阁，但对 服役过程中容易受到局部腐蚀（点蚀、晶间腐蚀、剥 Al一Zn一Mg合金不同取向的抗应力腐蚀敏感性的研 落腐蚀、应力腐蚀等)作用的影响，进而降低材料性 究鲜有报道 能，导致材料服役失效5.其中应力腐蚀开裂 为此，本文以Al-Zm-Mg合金结构材料为研究 (SCC)因突发性、危害性、破坏性极大，而广受人们 对象，分析不同取样位置的微观组织差异及腐蚀前 的关注.长期以来国内外研究学者在有关应力腐蚀 后的微观形貌，通过恒载荷应力腐蚀拉伸实验系统 的机理、控制手段、影响因素等方面做了大量的工作 地探究了不同取样方向的试样在模拟服役环境中的 并取得了较大的进展与成果-， 应力腐蚀开裂行为，为Al-Zn一Mg合金作为轨道交 国内外学者通过调控热处理制度来改善A一 通行业重要的耐应力腐蚀结构件中的加工制备提供 Zn一Mg合金的应力腐蚀性能，相比峰时效状态，过 一定的数据支持. 时效状态使合金具有较好的抗应力腐蚀开裂的性 1 能，但是强度的损失不可避免.而回归再时效可以 实验材料与方法 使晶界相呈断续分布，改善应力腐蚀性能的同时保 1.1实验材料 证强度基本没有下降sa.此外Wamg与Ma)发 实验材料采用厚度为3mm的Al-Zn-Mg合金 现，对于过时效7050铝合金，其应力腐蚀抗性随预 挤压型材，热处理状态为170℃/12h,主要化学成分 应变程度的增加而降低，这是因为预应变使晶界上 如表1所示.Al-Zn-Mg合金型材的纵向（平行挤压 的析出相细化且趋于连续分布.Lee等的发现 方向)抗拉强度为370MPa,延伸率为16%~ 7075T6铝合金在质量分数低于0.5%的氯化钠腐 16.5%,横向（垂直挤压方向）抗拉强度为360MPa, 蚀溶液中表现出较低的应力腐蚀开裂敏感性，但在 延伸率为11%~11.5%. 表1材料的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of the materials In Mg Cu Mn Cr T Si Fe Al 4.3-5.0 1.0-1.30.05-0.20 0.10-0.400.20 0.08-0.30<0.035 <0.12 <0.12余量 1.2实验方法 试样.施加载荷为225MPa,将试样的标距段始终浸 Al-Zn-Mg合金型材应力腐蚀实验按照GBT 入腐蚀溶液中.腐蚀介质采用质量分数为3.5%的 15970.4一2007标准进行，采用恒载荷拉伸应力腐 NaCl溶液，容器温度维持在50±2℃.记录试样断 蚀试验方法，试样几何形状与尺寸如图1所示，图中 裂时间.若腐蚀360h后未断裂，则取下试样，用 L为挤压方向（纵向），S为式样厚度方向，T为横 DDL-00万能试验机测试其剩余力学性能指标（极 向.参照图1(b)进行取样，拉伸轴平行或垂直于挤 限抗拉强度和伸长率) 压型材挤压方向的试样分别标记为纵向试样和横向 别在型材LS面、TS面取样，样品工作面积为吴建山等: 加载方向对 Al--Zn--Mg 合金型材应力腐蚀开裂行为的影响 specimens，respectively． The specimens were completely immersed in a corrosive solution，a mixture of 35 g NaCl and 1 L deionized water，with a constant unidirectional loading of 225 MPa for 360 h at 50 ± 2 ℃ ． The experimental results show that the transverse speci￾men is fractured at 315 h，whereas the longitudinal specimen does not break during the entire loading process． Thus，the transverse specimens have poor resistance to stress corrosion cracking． The corrosion current density of the longitudinal section ( L-S) is 0. 980 mA·cm － 2，which is approximately 5 times that of the transverse section ( T-S) ． Thus，corrosion tends to propagate along the longitudinal direction． The L-S is more susceptible to corrosion than the T-S owing to the larger misorientation difference and higher energy of the grain boundary． During the stress corrosion loading process，anodic dissolution occurs and forms corrosion pits． Then，the cooperation of the wedge force produced by the accumulation of corrosion products and constant load causes the crack to propagate along the grain boundary． Intergranular corrosion of the two types of samples is obvious under all immersion corrosion conditions． Different specimens exhibit the tendency to undergo stress corrosion cracking． KEY WOＲDS Al--Zn--Mg alloy; sampling direction; stress corrosion cracking; anodic dissolution; intergranular corrosion Al--Zn--Mg 合金作为可热处理强化的高强铝合 金，广 泛 应 用 于 船 舶、轨 道 交 通、航 空 等 材 料 领 域［1--4］; 因其服役环境的复杂性，往往高强铝合金在 服役过程中容易受到局部腐蚀( 点蚀、晶间腐蚀、剥 落腐蚀、应力腐蚀等) 作用的影响，进而降低材料性 能，导致材料服役失效［5--7］． 其中 应 力 腐 蚀 开 裂 ( SCC) 因突发性、危害性、破坏性极大，而广受人们 的关注． 长期以来国内外研究学者在有关应力腐蚀 的机理、控制手段、影响因素等方面做了大量的工作 并取得了较大的进展与成果［8--14］． 国内外学者通过调控热处理制度来改善Al-- Zn--Mg 合金的应力腐蚀性能，相比峰时效状态，过 时效状态使合金具有较好的抗应力腐蚀开裂的性 能，但是强度的损失不可避免． 而回归再时效可以 使晶界相呈断续分布，改善应力腐蚀性能的同时保 证强度基本没有下降［15--16］． 此外 Wang 与 Ma［17］发 现，对于过时效 7050 铝合金，其应力腐蚀抗性随预 应变程度的增加而降低，这是因为预应变使晶界上 的析 出 相 细 化 且 趋 于 连 续 分 布． Lee 等［15］ 发 现 7075-T6 铝合金在质量分数低于 0. 5% 的氯化钠腐 蚀溶液中表现出较低的应力腐蚀开裂敏感性，但在 0. 5% 以上，随着氯化钠质量分数的增加，其强度显 著降低; 对影响其应力腐蚀行为的因素研究主要有 热处理、预应变、合金成分和腐蚀环境［10，18］，但对 Al--Zn--Mg 合金不同取向的抗应力腐蚀敏感性的研 究鲜有报道． 为此，本文以 Al--Zn--Mg 合金结构材料为研究 对象，分析不同取样位置的微观组织差异及腐蚀前 后的微观形貌，通过恒载荷应力腐蚀拉伸实验系统 地探究了不同取样方向的试样在模拟服役环境中的 应力腐蚀开裂行为，为 Al--Zn--Mg 合金作为轨道交 通行业重要的耐应力腐蚀结构件中的加工制备提供 一定的数据支持． 1 实验材料与方法 1. 1 实验材料 实验材料采用厚度为 3 mm 的 Al--Zn--Mg 合金 挤压型材，热处理状态为 170 ℃ /12 h，主要化学成分 如表 1 所示． Al--Zn--Mg 合金型材的纵向( 平行挤压 方向) 抗 拉 强 度 为 370 MPa，延 伸 率 为 16% ～ 16. 5% ，横向( 垂直挤压方向) 抗拉强度为 360 MPa， 延伸率为 11% ～ 11. 5% ． 表 1 材料的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of the materials % Zn Mg Cu Mn Cr Zr Ti Si Fe Al 4. 3 ～ 5. 0 1. 0 ～ 1. 3 0. 05 ～ 0. 20 0. 10 ～ 0. 40 0. 20 0. 08 ～ 0. 30 ＜ 0. 035 ＜ 0. 12 ＜ 0. 12 余量 1. 2 实验方法 Al--Zn--Mg 合金型材应力腐蚀实验按照 GB /T 15970. 4—2007 标准进行，采用恒载荷拉伸应力腐 蚀试验方法，试样几何形状与尺寸如图 1 所示，图中 L 为挤压方向( 纵向) ，S 为式样厚度方向，T 为横 向． 参照图 1( b) 进行取样，拉伸轴平行或垂直于挤 压型材挤压方向的试样分别标记为纵向试样和横向 试样． 施加载荷为 225 MPa，将试样的标距段始终浸 入腐蚀溶液中． 腐蚀介质采用质量分数为 3. 5% 的 NaCl 溶液，容器温度维持在 50 ± 2 ℃ ． 记录试样断 裂时间． 若腐蚀 360 h 后未断裂，则取下试样，用 DDL-100 万能试验机测试其剩余力学性能指标( 极 限抗拉强度和伸长率) ． 别在型材 L-S 面、T-S 面取样，样品工作面积为 · 153 ·