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。
0 Z, l# |1 V k% s6 w S
: v, V2 H" _6 L o( D7 F/ `2 材料制备与性能测试
2.1 材料制备/ F a6 s% @" V* B4 R
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。. z0 _! [" t3 K5 j; C6 H% U
2.2 性能测试和组织分析
$ v( N$ r+ y' M: d1 G* \2 T; J0 |( U 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。4 t+ g9 w( [8 q$ P8 [
- f8 u# a& e$ Y' D3 实验结果
3.1 固溶处理温度确定
& s) g1 U& o# Q- c3 R: {1 u' _ 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℃）
8 `+ t$ _4 Z# m( ^5 F2 l% _Fig.1 The optical micrographs of ingot overheat（480℃）
3.2 单级时效时间对电导率的影响
5 X' s. L# z; \) {+ Z 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$ ]5 F3 ?6 T8 j6 R% L
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
2 n ?4 D* h1 T4 T1 I: W; s 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; a* s* U: T9 c9 p* |
Fig.3 The microhardness of desaturation
( w, U7 B1 s/ Utreatment 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2 N6 G3 G2 }# t9 M( X X
Fig.4 The curve of electrical conductivity at 170℃
- j4 x2 z5 O2 ldesaturation and reaging treatment
3.4 双级时效对硬度（HV）和电导率的影响( o+ g2 ?( H8 D! G
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
6 M8 y& y2 X5 `4 P! pFig.5 The microhardness of two-step ageing
. s: A( q1 Q Bat different temperature
图 6 155℃不同时间时效的电导率变化
: G1 Y" H! C0 {1-155℃/15h,2-155℃/12h,3-155℃/9h
/ T4 N4 i- N% U" [% Y: D9 xFig.6 The curve of electrical conductivity! s6 z* S. _: ~& G0 Y
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5 v* }. C* |: p6 s) Q; R
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
! H; w* ?8 V9 k5 f1 N: w1 {& B1 `Table The properties of alloy at different temper
| 状 态 | 处理制度 | σb | σ0．2 | δ | SCC(应力/( K& W: C9 }; p# z
开裂时间)( H3 q% l6 Z) r/ ]
/MPa。d－1 |
| /MPa | /% |
| T6 | 120℃/16h | 677 | 630 | 12.6 | 400/19 |
| T6′ | 120℃/24h | 653 | 608 | 15.1 | - |
4 Y3 I( ^/ H; WDSA | 170℃/2.5h+ V0 _% y% n( w
180℃/1.5h
H" S) O+ _' ~1 y2 `+ h190℃/1h | 647
% ^# F* q( u5 Q* m; t: v3 Q8 e652
: a& h2 \& {/ L0 H1 v567 | 633
7 R+ u, s S$ v0 C! }633
: |* F2 U4 w3 V538 | 13.6
& I' W; q" i7 s2 O" Q# R6 V12.03 j: z; _$ t+ _+ u' ]: O* G2 V. O
13.0 | 400/61
0 T, M4 y, `2 t; v0 i) a0 t6 e! P1 }3 I-
, ^* L6 c# c3 u+ B7 h+ J2 u. S- |
双级
N V2 ^5 X7 [; ~) q1 J9 E | 120℃/8h＋155℃/12h
; W$ c) M% K5 Y1 p: l' H1 p120℃/8h＋155℃/15h | 6406 @3 I% a% ]7 S% U
620 | 619# R2 M3 U" U* d5 i
595 | 13.34 x8 w6 J- c" h3 ]+ o' K
13.4 | 400/70
* C$ @" k& u G- |
4 结果分析和讨论7 `! w9 X9 n4 P& E6 v3 ?
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。1 ^5 i% O- _: C1 g: r' i' G6 \
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。
6 m4 `9 {! F7 S+ d p: a |
% G, z8 c. i2 N" s图 7 不同状态TEM照片
) E9 ?2 [+ V W（a）T6；（b）DSA；（c）双级时效* ]; B6 G7 ^; A' C7 c* p) o
Fig.7 The TEM micrographs of different temper
* Y9 t! ^2 D+ ?' `% i; j9 F. V（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 h+ G' u0 b+ m" z/ ^( v, I) G* {
（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