1 引言 超高强铝合金自50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。90年代，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7055T77，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［1］，T77专利热处理技术实质上是一种DSA（Desaturation Ageing）缓饱和再时效工艺。 " o, ~ q& e- Z8 x7 K J
: A5 Q! M* Q6 P2 材料制备与性能测试
2.1 材料制备7 p3 U: [# W, c
本研究合金的名义化学成分为：7.81%Zn，2.16%Mg，2.26%Cu，0.13%Zr，0.03%Ti。制造工序为半连续铸锭（?φ50mm）→铸锭均匀化→挤压（φ12mm棒）→固溶处理→多级时效。
+ x3 z2 Z% T( `- C' K9 R( h) X% y) M5 q2.2 性能测试和组织分析
7 j0 _* ~; n4 c 选择470℃、480℃、490℃和500℃进行过烧试验，采用金相法测定合金过烧温度。拉伸性能按HB5143－80试验方法测定，应力腐蚀按HB5254－83试验方法测定。用H－800型透射电镜对合金的显微结构进行观察。0 @) U! ]2 ]2 y' B
' d) P @ w/ g) m w8 K
3 实验结果
3.1 固溶处理温度确定
* v) H1 m* U- Y' x* p! G 为确定合金固溶处理温度，首先需测定其过烧温度。从图1金相组织看出铸锭480℃有轻微过烧，确定为480℃过烧温度，相应的挤压棒材的固溶处理温度为470℃。
图 1 铸锭过烧试验金相组织（480℃）$ Y- U1 _1 `7 t4 l0 b: k
Fig.1 The optical micrographs of ingot overheat（480℃）
3.2 单级时效时间对电导率的影响8 D. X- Z4 U7 S; W3 t
图2所示为本研究采用的120℃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16h，根据电导率与强度的对应关系，此点对应强度最大值（T6状态），表1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120℃/24h为DSA工艺中T6′制度。
图 2 时效时间与电导率关系曲线
7 n, ~% F2 @- ~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
0 k6 R0 R# f& M' \ e DSA工艺（T6′＋DS＋T6′）中，缓饱和处理（DS）温度在170～190℃变化时的显微硬度性能示于图3。如图所示，温度较低（170℃），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（180℃，190℃），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5 @# ?, \3 Y- y4 y4 n* F
Fig.3 The microhardness of desaturation
; o" B: D7 H" V$ G8 H" Btreatment 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170℃缓饱和及再时效处理时的电导率变化。
图 4 170℃缓饱和及再时效处理后电导率变化曲线
1 N" l" c0 n. v, t5 q2 S h: K! qFig.4 The curve of electrical conductivity at 170℃
5 x5 v- ?# Q7 `5 M/ Hdesaturation and reaging treatment
3.4 双级时效对硬度（HV）和电导率的影响2 |/ ^, K) [) \2 n+ @$ o
选第一级时效温度为120℃，其时效时间与155℃和165℃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，155℃不同时间时效的硬度均高于165℃时效的硬度，155℃/9h和155℃/12h时效的硬度高于155℃/15h。155℃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/ D, S4 S0 y" [* v
Fig.5 The microhardness of two-step ageing
3 a% Z+ F1 h: _6 H9 _( k% [at different temperature
图 6 155℃不同时间时效的电导率变化
* p1 Z, P* g9 D1 R; a9 z1-155℃/15h,2-155℃/12h,3-155℃/9h$ ^/ F; N; v( r# G z/ F: _
Fig.6 The curve of electrical conductivity- p+ s+ |8 `3 d. W* K1 v
at 155℃ 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
) H0 }. o9 C6 Q6 z 缓饱和处理温度在170～190℃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
' f6 A5 O! ?2 o9 G5 }1 ITable The properties of alloy at different temper
| 状 态 | 处理制度 | σb | σ0．2 | δ | SCC(应力/
- a. h0 ^' A- J' j; J% B% ]开裂时间). k8 [+ Q5 |1 r8 K- g$ W
/MPa。d－1 |
| /MPa | /% |
| T6 | 120℃/16h | 677 | 630 | 12.6 | 400/19 |
| T6′ | 120℃/24h | 653 | 608 | 15.1 | - |
2 ]9 n8 ~* a& C5 X
DSA | 170℃/2.5h
3 Z! S7 v8 g6 P180℃/1.5h
1 s1 g2 G W8 A$ L* R# J' Y& E# W190℃/1h | 647
% E. g" [( W" O3 Z' s9 i652
! f5 b5 g6 H- K, m' @567 | 6330 N0 l( }7 y! ?% o
633
" l1 {5 @' e5 j6 o; u# P! S538 | 13.6
$ I1 I/ g( A1 P1 z; ^12.0
2 q N7 |' R# e6 H3 ?: B- k13.0 | 400/61, {4 r# N! v7 X g" z* w6 _/ e
-
1 t2 B: g- N( }- |
双级
' Q, d1 }* X/ M5 X | 120℃/8h＋155℃/12h; x/ q8 H* A9 w V
120℃/8h＋155℃/15h | 640
- F( y) N+ {& }! _1 L& _620 | 619
# }! `0 S$ b! D! a( O F( M595 | 13.3+ l( J: l1 G% J/ w+ I7 z
13.4 | 400/70
( F6 T1 w) f/ A- y% G) s7 S5 [- |
4 结果分析和讨论* X$ p: B: ^5 r: t5 B* t
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170℃缓饱和再时效的组织特征，相对峰值时效组织（图7a所示）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。% N4 g$ K2 R( C2 u8 y+ z; n1 p
从图3、图5和表1的数据分析，DSA处理以170℃和180℃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170℃为更佳，时效时间可在1～3h之间选择。! |; y% `% a+ H
|
" f x8 V6 N0 w0 }图 7 不同状态TEM照片
9 X3 Q8 c9 K: Z, j% w# f（a）T6；（b）DSA；（c）双级时效
: v9 M% v, ~8 E2 h# F' nFig.7 The TEM micrographs of different temper
& I$ y' L: z1 I7 t; m$ B（a）T6；（b）DSA；（c）two-step ageing
5 结论
（1）本研究合金的固溶处理温度为470℃。
7 ]0 ?( Y4 s) E$ z9 E( K （2）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。
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发表于 2010-9-5 20:44:47