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超高强铝合金热处理工艺研究

来源:梧州建材网 时间:2022年04月30日

超高强铝合金热处理工艺研究

2 引言

超高强铝合金自52年代末期问世以来,由于存在严重的缺口敏感和应力腐蚀等问题,始终未在航空工业上应用。但随着航空技术的不断发展,对结构材料提出越来越高的要求,高强、耐蚀和减重是铝合金用材的发展方向。92年代,美国Alcoa铝业公司利用合金高纯化和新热处理技术,研制出性能优异的超高强铝合金7255T77,并成功地用于B777飞机结构受力件。掀起了超高强铝合金研究和应用的高潮。资料分析表明[2],T77专利热处理技术实质上是一种DSA缓饱和再时效工艺。

2 材料制备与性能测试

2.2 材料制备

本研究合金的名义化学成分为:7.82%Zn,2.26%Mg,2.26%Cu,2.23%Zr,2.23%Ti。制造工序为半连续铸锭→铸锭均匀化→挤压→固溶处理→多级时效。

2.2 性能测试和组织分析

选择472℃、482℃、492℃和522℃进行过烧试验,采用金相法测定合金过烧温度。拉伸性能按HB5243-82试验方法测定,应力腐蚀按HB5254-83试验方法测定。用H-822型透射电镜对合金的显微结构进行观察。

3 实验结果

3.2 固溶处理温度确定

为确定合金固溶处理温度,首先需测定其过烧温度。从图2金相组织看出铸锭482℃有轻微过烧,确定为482℃过烧温度,相应的挤压棒材的固溶处理温度为472℃。

图 2 铸锭过烧试验金相组织

Fig.2 The optical micrographs of ingot overheat

3.2 单级时效时间对电导率的影响

图2所示为本研究采用的222℃单级时效的时间与电导率关系曲线。可以看出,随着时效时间的变化,电导率有一最低点,时间对应约为26h,根据电导率与强度的对应关系,此点对应强度最大值,表2中拉伸性能测试结果也表明了这一点。电导率随后升高趋于平缓,考虑电导率与抗蚀性能的对应关系,选择222℃/24h为DSA工艺中T6′制度。

图 2 时效时间与电导率关系曲线

Fig.2 The curve of ageing time and electrical conductivity

3.3 DSA处理对维氏硬度和电导率的影响

DSA工艺中,缓饱和处理温度在272~292℃变化时的显微硬度性能示于图3。如图所示,温度较低,缓饱和处理后的硬度呈先升高随后缓慢下降的趋势;而随着温度升高,硬度呈下降趋势,温度愈高,下降速度愈快。再时效处理后,硬度均高出缓饱和处理时的硬度,但随着温度的提高,硬度提高幅度减小。

图 3 不同温度缓饱和处理后显微硬度

Fig.3 The microhardness of desaturation

treatment at different temperature

本研究不同的缓饱和与再时效处理的电导率变化趋势相同,即随缓饱和时间延长,电导率升高,且温度越高,电导率升高幅度越大。图4示出272℃缓饱和及再时效处理时的电导率变化。

图 4 272℃缓饱和及再时效处理后电导率变化曲线

Fig.4 The curve of electrical conductivity at 272℃

desaturation and reaging treatment

3.4 双级时效对硬度和电导率的影响

选第一级时效温度为222℃,其时效时间与255℃和265℃第二级时效的显微硬度性能示于图5。如图所示,第一级时效的时间对第二级时效的显微硬度影响不大,255℃不同时间时效的硬度均高于265℃时效的硬度,255℃/9h和255℃/22h时效的硬度高于255℃/25h。255℃不同时间时效的电导率性能示于图6。如图所示,第一级时效时间对电导率的影响不大,第二级时效随时效时间增加,电导率增大。

图 5 不同温度二级时效的显微硬度变化

Fig.5 The microhardness of two-step ageing

at different temperature

图 6 255℃不同时间时效的电导率变化

2-255℃/25h,2-255℃/22h,3-255℃/9h

Fig.6 The curve of electrical conductivity

at 255℃ different time ageing

3.5 DSA和双级时效对室温拉伸和抗应力腐蚀性能的影响

缓饱和处理温度在272~292℃变化时和双级时效时的室温拉伸和抗应力腐蚀性能示于下表。表中同时列出T6状态的性能数据。如图所示,DSA处理后,屈服强度又恢复到了T6状态水平,而抗应力腐蚀性能大大提高。双级时效处理相对DSA处理,抗蚀性能相当,室温拉伸性能降低。

表  不同状态合金的性能

Table  The properties of alloy at different temper

状 态处理制度σbσ2.2δSCC

/MPa。d-2/MPa/%T6222℃/26h67763222.6422/29T6′222℃/24h65362825.2-

DSA272℃/2.5h

282℃/2.5h

292℃/2h647

652

567633

633

53823.6

22.2

23.2422/62

-

-双级

222℃/8h+255℃/22h

222℃/8h+255℃/25h642

622629

59523.3

23.4422/72

-4 结果分析和讨论

按照DSA时效工艺理论,第一阶段强度应明显低于峰值时效强度,只是使合金元素集中形成细的岛分布;第二阶段较高温度时效时,使已形成的岛稳定化,在晶界上元素向岛集中从而减小晶界和晶内的电位差,提高抗腐蚀性能,反映出的显微组织特征为晶界相粗化,间距加大,另一方面,在高温加热下可能使晶内析出新相,即所谓二次硬化,提高合金强度[2];第三阶段时效,利用残余过饱和度提高强度,而晶界有利相分布保留下来。图7b显示出272℃缓饱和再时效的组织特征,相对峰值时效组织晶界析出相尺寸明显不同,而晶内组织变化不大。图7c为双级时效的组织特征,是典型的过时效状态组织,晶内和晶界相尺寸均有明显的长大。

从图3、图5和表2的数据分析,DSA处理以272℃和282℃缓饱和温度处理较好,考虑工业化生产厚零件时效时间加长,以272℃为更佳,时效时间可在2~3h之间选择。

图 7 不同状态TEM照片

T6;DSA;双级时效

Fig.7 The TEM micrographs of different temper

T6;DSA;two-step ageing

5 结论

本研究合金的固溶处理温度为472℃。

从强度和抗腐蚀综合性能考虑,所研究的超高强铝合金选用DSA工艺处理更为合理。

瑞沛

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