［摘要］ 研究了超高強(qiáng)鋁合金的固溶處理和不同時(shí)效工藝。結(jié)果表明，dsa處理可明顯改善超高強(qiáng)鋁合金的強(qiáng)度和抗腐蝕綜合性能。同時(shí)討論了dsa處理改善合金強(qiáng)度和抗蝕性能的機(jī)理。
關(guān)鍵詞 超高強(qiáng) 鋁合金 緩飽和時(shí)效 雙級(jí)時(shí)效
a study of the ultra high strength aluminium alloy
heat treatment process
ru jingang yi linna zhang lushan
（institute of aeronautical material,beijing）
［abstract］ the solution treatment and different ageing process has been studied.the results show that dsa treatment can improve obviously combination of strength and corrosion resistance of the ultra-high-strength aluminium alloy.the priciple of improving the strength and corrosion resistance of the alloy by dsa treatment has been discussed.the surface and average stress were determined for the plasma sprayed zro2-n.
keywordsultra high strength aluminium alloy desaturation ageing two-step ageing
1 引言
超高強(qiáng)鋁合金自50年代末期問世以來，由于存在嚴(yán)重的缺口敏感和應(yīng)力腐蝕等問題，始終未在航空工業(yè)上應(yīng)用。但隨著航空技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)結(jié)構(gòu)材料提出越來越高的要求，高強(qiáng)、耐蝕和減重是鋁合金用材的發(fā)展方向。90年代，美國(guó)alcoa鋁業(yè)公司利用合金高純化和新熱處理技術(shù)，研制出性能優(yōu)異的超高強(qiáng)鋁合金7055t77，并成功地用于b777飛機(jī)結(jié)構(gòu)受力件。掀起了超高強(qiáng)鋁合金研究和應(yīng)用的高潮。資料分析表明［1］，t77熱處理技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種dsa（desaturation ageing）緩飽和再時(shí)效工藝。
2 材料制備與性能測(cè)試
2.1 材料制備
本研究合金的名義化學(xué)成分為：7.81%zn，2.16%mg，2.26%cu，0.13%zr，0.03%ti。制造工序?yàn)榘脒B續(xù)鑄錠（φ50mm）→鑄錠均勻化→擠壓（φ12mm棒）→固溶處理→多級(jí)時(shí)效。
2.2 性能測(cè)試和組織分析
選擇470℃、480℃、490℃和500℃進(jìn)行過燒試驗(yàn)，采用金相法測(cè)定合金過燒溫度。拉伸性能按hb5143－80試驗(yàn)方法測(cè)定，應(yīng)力腐蝕按hb5254－83試驗(yàn)方法測(cè)定。用h－800型透射電鏡對(duì)合金的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
3.1 固溶處理溫度確定
為確定合金固溶處理溫度，首先需測(cè)定其過燒溫度。從圖1金相組織看出鑄錠480℃有輕微過燒，確定為480℃過燒溫度，相應(yīng)的擠壓棒材的固溶處理溫度為470℃。
圖 1 鑄錠過燒試驗(yàn)金相組織（480℃）
fig.1 the optical micrographs of ingot overheat（480℃）
3.2 單級(jí)時(shí)效時(shí)間對(duì)電導(dǎo)率的影響
圖2所示為本研究采用的120℃單級(jí)時(shí)效的時(shí)間與電導(dǎo)率關(guān)系曲線?？梢钥闯觯S著時(shí)效時(shí)間的變化，電導(dǎo)率有一zui低點(diǎn)，時(shí)間對(duì)應(yīng)約為16h，根據(jù)電導(dǎo)率與強(qiáng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，此點(diǎn)對(duì)應(yīng)強(qiáng)度zui大值（t6狀態(tài)），表1中拉伸性能測(cè)試結(jié)果也表明了這一點(diǎn)。電導(dǎo)率隨后升高趨于平緩，考慮電導(dǎo)率與抗蝕性能的對(duì)應(yīng)關(guān)系，選擇120℃/24h為dsa工藝中t6′制度。
圖 2 時(shí)效時(shí)間與電導(dǎo)率關(guān)系曲線
fig.2 the curve of ageing time and electrical conductivity
3.3 dsa處理對(duì)維氏硬度和電導(dǎo)率的影響
dsa工藝（t6′＋ds＋t6′）中，緩飽和處理（ds）溫度在170～190℃變化時(shí)的顯微硬度性能示于圖3。如圖所示，溫度較低（170℃），緩飽和處理后的硬度呈先升高隨后緩慢下降的趨勢(shì)；而隨著溫度升高（180℃，190℃），硬度呈下降趨勢(shì)，溫度愈高，下降速度愈快。再時(shí)效處理后，硬度均高出緩飽和處理時(shí)的硬度，但隨著溫度的提高，硬度提高幅度減小。
圖 3 不同溫度緩飽和處理后顯微硬度
fig.3 the microhardness of desaturation
treatment at different temperature
本研究不同的緩飽和與再時(shí)效處理的電導(dǎo)率變化趨勢(shì)相同，即隨緩飽和時(shí)間延長(zhǎng)，電導(dǎo)率升高，且溫度越高，電導(dǎo)率升高幅度越大。圖4示出170℃緩飽和及再時(shí)效處理時(shí)的電導(dǎo)率變化。
圖 4 170℃緩飽和及再時(shí)效處理后電導(dǎo)率變化曲線
fig.4 the curve of electrical conductivity at 170℃
desaturation and reaging treatment
3.4 雙級(jí)時(shí)效對(duì)硬度（hv）和電導(dǎo)率的影響
選*級(jí)時(shí)效溫度為120℃，其時(shí)效時(shí)間與155℃和165℃第二級(jí)時(shí)效的顯微硬度性能示于圖5。如圖所示，*級(jí)時(shí)效的時(shí)間對(duì)第二級(jí)時(shí)效的顯微硬度影響不大，155℃不同時(shí)間時(shí)效的硬度均高于165℃時(shí)效的硬度，155℃/9h和155℃/12h時(shí)效的硬度高于155℃/15h。155℃不同時(shí)間時(shí)效的電導(dǎo)率性能示于圖6。如圖所示，*級(jí)時(shí)效時(shí)間對(duì)電導(dǎo)率的影響不大，第二級(jí)時(shí)效隨時(shí)效時(shí)間增加，電導(dǎo)率增大。
圖 5 不同溫度二級(jí)時(shí)效的顯微硬度變化
fig.5 the microhardness of two-step ageing
at different temperature
圖 6 155℃不同時(shí)間時(shí)效的電導(dǎo)率變化
1-155℃/15h,2-155℃/12h,3-155℃/9h
fig.6 the curve of electrical conductivity
at 155℃ different time ageing
3.5 dsa和雙級(jí)時(shí)效對(duì)室溫拉伸和抗應(yīng)力腐蝕性能的影響
緩飽和處理溫度在170～190℃變化時(shí)和雙級(jí)時(shí)效時(shí)的室溫拉伸和抗應(yīng)力腐蝕性能示于下表。表中同時(shí)列出t6狀態(tài)的性能數(shù)據(jù)。如圖所示，dsa處理后，屈服強(qiáng)度又恢復(fù)到了t6狀態(tài)水平，而抗應(yīng)力腐蝕性能大大提高。雙級(jí)時(shí)效處理相對(duì)dsa處理，抗蝕性能相當(dāng)，室溫拉伸性能降低。
表 不同狀態(tài)合金的性能
table the properties of alloy at different temper
狀 態(tài) 處理制度 σb σ0．2 δ scc（應(yīng)力/
開裂時(shí)間）
/mpa。d－1
/mpa /%
t6 120℃/16h 677 630 12.6 400/19
t6′ 120℃/24h 653 608 15.1 -
dsa 170℃/2.5h
180℃/1.5h
190℃/1h 647
652
567 633
633
538 13.6
12.0
13.0 400/61
-
-
雙級(jí)
120℃/8h＋155℃/12h
120℃/8h＋155℃/15h 640
620 619
595 13.3
13.4 400/70
-
4 結(jié)果分析和討論
按照dsa時(shí)效工藝?yán)碚摚?階段強(qiáng)度應(yīng)明顯低于峰值時(shí)效強(qiáng)度，只是使合金元素集中形成細(xì)的島分布；第二階段較高溫度時(shí)效時(shí)，使已形成的島穩(wěn)定化，在晶界上元素向島集中從而減小晶界和晶內(nèi)的電位差，提高抗腐蝕性能，反映出的顯微組織特征為晶界相粗化，間距加大,另一方面，在高溫加熱下可能使晶內(nèi)析出新相，即所謂二次硬化，提高合金強(qiáng)度［2］；第三階段時(shí)效，利用殘余過飽和度提高強(qiáng)度，而晶界有利相分布保留下來。圖7b顯示出170℃緩飽和再時(shí)效的組織特征，相對(duì)峰值時(shí)效組織（圖7a所示）晶界析出相尺寸明顯不同，而晶內(nèi)組織變化不大。圖7c為雙級(jí)時(shí)效的組織特征，是典型的過時(shí)效狀態(tài)組織，晶內(nèi)和晶界相尺寸均有明顯的長(zhǎng)大。
從圖3、圖5和表1的數(shù)據(jù)分析，dsa處理以170℃和180℃緩飽和溫度處理較好，考慮工業(yè)化生產(chǎn)厚零件時(shí)效時(shí)間加長(zhǎng)，以170℃為更佳，時(shí)效時(shí)間可在1～3h之間選擇。
圖 7 不同狀態(tài)tem照片
（a）t6；（b）dsa；（c）雙級(jí)時(shí)效
fig.7 the tem micrographs of different temper
（a）t6；（b）dsa；（c）two-step ageing
5 結(jié)論
（1）本研究合金的固溶處理溫度為470℃。
（2）從強(qiáng)度和抗腐蝕綜合性能考慮，所研究的超高強(qiáng)鋁合金選用dsa工藝處理更為合理。