7XXX系高(超)強鋁合金為輕量化材料，在國民經濟和國防軍工各個領域的應用越來越廣泛。一方面，裝備減重對材料韌性、疲勞性能的要求越來越高；另一方面，復雜的服役環(huán)境使構件中氫等有害元素對合金性能的不利影響日益突出。
由于鋁合金為面心立方結構，且氫在鋁合金中的溶解度極小，不易形成氫化物，因此在相當長的時間內，認為鋁合金中不存在氫脆現(xiàn)象，但是隨著對高強鋁合金應力腐蝕開裂(SCC)和腐蝕疲勞(CF)研究的深入，發(fā)現(xiàn)氫對應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。國內學者通過研究氫對7085高強鋁合金材料性能的影響，初步證明了高強鋁合金存在氫致應力腐蝕開裂的現(xiàn)象。截至目前，國內外對于高強鋁合金材料的氫致應力腐蝕敏感性試驗方法和評價工藝的研究相對較少。
楊曉、劉巖等研究人員以7085高強鋁合金材料為研究對象，通過設定不同的慢拉伸應變速率來研究氫致應力腐蝕敏感性的問題，同時對試樣斷口進行掃描電子顯微鏡(SEM)分析，初步探討了慢拉伸應變速率與氫脆敏感性之間的關系，為高強鋁合金材料氫脆敏感性評價體系的建立提供借鑒。
1、試驗過程
1.1 試驗材料
試驗材料為7085高強鋁合金鑄錠，熱處理狀態(tài)為T7651態(tài)。7085高強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。
1.2 慢拉伸應變試驗方法
采用慢拉伸試驗機進行試驗，所有試樣均沿厚度方向截取，試樣經過機械加工完成后，用1200號砂紙對其進行打磨，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非工作段表面進行封裝。
分別設定拉伸試驗速率為10-6s-1和10-7s-1，將試樣放置于35℃的3.5%(質量分數(shù))硫酸銨水溶液中，電流密度為2mA/cm2。
根據(jù)HB 7235—1995 《慢應變速率應力腐蝕試驗方法》，應力腐蝕敏感性指數(shù)ISSRT計算公式為
1.3 斷口分析方法
用掃描電子顯微鏡對試樣斷口進行觀察。
2、試驗結果與分析
2.1 不同拉伸速率下的應力腐蝕敏感性
設置拉伸速率為10-6s-1，在35℃的充氫溶液和35℃的干燥空氣下進行試驗，結果如表1所示。
表1 拉伸速率為10-6s-1時的7085高強鋁合金應力腐蝕試驗結果
由表1可知：兩種條件下試樣的斷裂強度和斷裂時間相近，但是在充氫環(huán)境下，材料的斷后伸長率有所降低。通過計算，在拉伸速率為10-6s-1時，7085高強鋁合金的ISSRT為3.19%，相對較低，說明材料沒有明顯的應力腐蝕開裂傾向。
設置拉伸速率為10-7s-1，7085高強鋁合金在35℃充氫溶液和35℃干燥空氣下的試驗結果如表2所示。由表2可以看出：在35℃充氫溶液中，試樣的斷裂強度、斷裂時間以及斷后伸長率與35℃空氣中試樣相比均有較大的降低。通過計算，在拉伸速率為10-7s-1時，7085高強鋁合金的ISSRT為12.6%，相對較高，有明顯的應力腐蝕開裂傾向。
表2 拉伸速率為10-7s-1時的7085高強鋁合金應力腐蝕試驗結果
2.2 斷口分析結果
設置拉伸速率為10-6s-1，7085高強鋁合金在不同環(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拉伸速率下沒有表現(xiàn)出明顯的應力腐蝕敏感性。
設置拉伸速率為10-7s-1，7085高強鋁合金在不同環(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)境中的對應試樣斷口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高強鋁合金在10-7s-1拉伸速率下存在明顯的應力腐蝕敏感性。
由不同拉伸速率下材料應力腐蝕敏感性的計算結果和斷口特征可知：隨著拉伸速率的降低，在試驗過程中會有更多的氫在試樣表面聚集，根據(jù)擴散原理,表面氫逐步向試樣內部滲入，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。
3、結論
(1) 7085高強鋁合金材料在充氫溶液中存在氫致應力腐蝕開裂的現(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高強鋁合金材料在充氫溶液中的氫致應力腐蝕開裂現(xiàn)象的發(fā)生與拉伸速率有直接關系，較大的拉伸速率使聚集的氫含量未達到發(fā)生斷裂的臨界值，故不會發(fā)生氫致應力腐蝕斷裂行為。
(3) 通過開展不同拉伸速率下的應力腐蝕試驗，可以為高強鋁合金的氫致應力腐蝕開裂試驗方法和評價技術的研究提供技術支撐。
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