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7XXX系高(超)強(qiáng)鋁合金為輕量化材料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防軍工各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。一方面，裝備減重對(duì)材料韌性、疲勞性能的要求越來(lái)越高；另一方面，復(fù)雜的服役環(huán)境使構(gòu)件中氫等有害元素對(duì)合金性能的不利影響日益突出。

由于鋁合金為面心立方結(jié)構(gòu)，且氫在鋁合金中的溶解度極小，不易形成氫化物，因此在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，認(rèn)為鋁合金中不存在氫脆現(xiàn)象，但是隨著對(duì)高強(qiáng)鋁合金應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(SCC)和腐蝕疲勞(CF)研究的深入，發(fā)現(xiàn)氫對(duì)應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞都有明顯的作用，并且可能是發(fā)生SCC和CF的主要原因。國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)研究氫對(duì)7085高強(qiáng)鋁合金材料性能的影響，初步證明了高強(qiáng)鋁合金存在氫致應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的現(xiàn)象。截至目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于高強(qiáng)鋁合金材料的氫致應(yīng)力腐蝕敏感性試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)工藝的研究相對(duì)較少。

試驗(yàn)過(guò)程

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為7085高強(qiáng)鋁合金鑄錠，熱處理狀態(tài)為T(mén)7651態(tài)。7085高強(qiáng)鋁合金的顯微組織為α(Al)相+彌散相+化合物相，晶粒度為4.5級(jí)。

1.2 慢拉伸應(yīng)變?cè)囼?yàn)方法

采用慢拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，所有試樣均沿厚度方向截取，試樣經(jīng)過(guò)機(jī)械加工完成后，用1200號(hào)砂紙對(duì)其進(jìn)行打磨，然后用丙酮清洗，再用蒸餾水清洗并吹干，用玻璃膠和生膠帶對(duì)非工作段表面進(jìn)行封裝。

分別設(shè)定拉伸試驗(yàn)速率為10-6s-1和

10-7s-1，將試樣放置于35℃的3.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))硫酸銨水溶液中，電流密度為2mA/cm2。

根據(jù)HB 7235—1995 《慢應(yīng)變速率應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)方法》，應(yīng)力腐蝕敏感性指數(shù)ISSRT計(jì)算公式為

1.3 斷口分析方法

用掃描電子顯微鏡對(duì)試樣斷口進(jìn)行觀察。

試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同拉伸速率下的應(yīng)力腐蝕敏感性

設(shè)置拉伸速率為10-6s-1，在35℃的充氫溶液和35℃的干燥空氣下進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。

表1 拉伸速率為10-6s-1時(shí)的7085高強(qiáng)鋁合金應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

由表1可知：兩種條件下試樣的斷裂強(qiáng)度和斷裂時(shí)間相近，但是在充氫環(huán)境下，材料的斷后伸長(zhǎng)率有所降低。通過(guò)計(jì)算，在拉伸速率為10-6s-1時(shí)，7085高強(qiáng)鋁合金的ISSRT為3.19%，相對(duì)較低，說(shuō)明材料沒(méi)有明顯的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向。

設(shè)置拉伸速率為10-7s-1，7085高強(qiáng)鋁合金在35℃充氫溶液和35℃干燥空氣下的試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。由表2可以看出：在35℃充氫溶液中，試樣的斷裂強(qiáng)度、斷裂時(shí)間以及斷后伸長(zhǎng)率與35℃空氣中試樣相比均有較大的降低。通過(guò)計(jì)算，在拉伸速率為10-7s-1時(shí)，7085高強(qiáng)鋁合金的ISSRT為12.6%，相對(duì)較高，有明顯的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向。

表2 拉伸速率為10-7s-1時(shí)的7085高強(qiáng)鋁合金應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

2.2 斷口分析結(jié)果

設(shè)置拉伸速率為10-6s-1，7085高強(qiáng)鋁合金在不同環(huán)境下的拉伸斷口SEM形貌如圖1所示。

由圖1可知：兩種環(huán)境中的7085高強(qiáng)鋁合金拉伸試樣斷口的SEM形貌相同，均表現(xiàn)為韌窩+沿晶+脆性相斷裂特征。該材料在10-6s-1拉伸速率下沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的應(yīng)力腐蝕敏感性。

設(shè)置拉伸速率為10-7s-1，7085高強(qiáng)鋁合金在不同環(huán)境下的拉伸斷口SEM形貌如圖2所示。

由圖2可知：兩種環(huán)境中的對(duì)應(yīng)試樣斷口SEM形貌有所不同，充氫環(huán)境下的拉伸斷口主要呈沿晶+穿晶斷裂特征，未發(fā)現(xiàn)明顯的韌窩特征，個(gè)別位置晶界有寬化形態(tài)，且晶面上有明顯的鈍化特征;在空氣環(huán)境中，試樣斷口SEM形貌主要呈韌窩+沿晶+脆性相斷裂特征。7085高強(qiáng)鋁合金在10-7s-1拉伸速率下存在明顯的應(yīng)力腐蝕敏感性。

由不同拉伸速率下材料應(yīng)力腐蝕敏感性的計(jì)算結(jié)果和斷口特征可知：隨著拉伸速率的降低，在試驗(yàn)過(guò)程中會(huì)有更多的氫在試樣表面聚集，根據(jù)擴(kuò)散原理,表面氫逐步向試樣內(nèi)部滲入，并分布在晶界位置，從而引起晶界的弱化。后續(xù)在力與氫的共同作用下發(fā)生沿晶斷裂。

結(jié)論

（1）7085高強(qiáng)鋁合金材料在充氫溶液中存在氫致應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的現(xiàn)象。斷口主要呈沿晶斷裂特征，且晶界有一定程度的寬化形態(tài)。

（2）7085高強(qiáng)鋁合金材料在充氫溶液中的氫致應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂現(xiàn)象的發(fā)生與拉伸速率有直接關(guān)系，較大的拉伸速率使聚集的氫含量未達(dá)到發(fā)生斷裂的臨界值，故不會(huì)發(fā)生氫致應(yīng)力腐蝕斷裂行為。

（3）通過(guò)開(kāi)展不同拉伸速率下的應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)，可以為高強(qiáng)鋁合金的氫致應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)技術(shù)的研究提供技術(shù)支撐。