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。 4 Q; V% j7 ^8 X9 {6 f: L
( A/ k' Q, }' M. b; ?' E/ f
2 材料制备与性能测试
2.1 材料制备
V5 d r' N6 u: p 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。" b- [/ V* x) V- I- g; J1 i0 j
2.2 性能测试和组织分析0 Q" x8 W# {- R; h
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。
' d1 @( F2 f. R$ Y( s( {9 ~: o9 a
7 a: p1 F( b8 m, f! q" Q$ S3 实验结果
3.1 固溶处理温度确定
; Y% `5 q, `3 _; ^; j 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℃）
s& c: |, j( h7 E _0 P, QFig.1 The optical micrographs of ingot overheat（480℃）
3.2 单级时效时间对电导率的影响
% Q- b9 d2 j4 V6 }- n& e. u2 o 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
P c3 Y( Q, p. y% fFig.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 s. {) F* {8 j! @# y
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+ e* v, ~1 w( a3 M/ j
Fig.3 The microhardness of desaturation
* p( f- x9 o; ]; ~9 N' x3 xtreatment 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: D: A7 o4 T+ n
Fig.4 The curve of electrical conductivity at 170℃8 w5 z6 X! w" H6 j0 H% Z
desaturation and reaging treatment
3.4 双级时效对硬度（HV）和电导率的影响
& _/ @5 N5 U. c7 x h; J! K1 t 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( w& m7 `6 y4 M& m0 _- @% [( Q
Fig.5 The microhardness of two-step ageing
w' S1 _+ F' s1 L0 I1 ~at different temperature
图 6 155℃不同时间时效的电导率变化
" \7 X9 p6 m1 O' g1-155℃/15h,2-155℃/12h,3-155℃/9h
9 @# r0 H8 h" [$ AFig.6 The curve of electrical conductivity
) @+ [9 K4 g9 q$ ]; Eat 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
/ J: m7 B6 s0 X7 W* i 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( |- @5 {7 O+ Z
Table The properties of alloy at different temper
| 状 态 | 处理制度 | σb | σ0．2 | δ | SCC(应力/
. ]) g) T' l% U9 J, _) [1 C开裂时间)
" f( n ]6 I2 b& }. j Y; U/MPa。d－1 |
| /MPa | /% |
| T6 | 120℃/16h | 677 | 630 | 12.6 | 400/19 |
| T6′ | 120℃/24h | 653 | 608 | 15.1 | - |
1 r2 E+ c2 A2 }
DSA | 170℃/2.5h
0 J n+ g# ^6 Q) i180℃/1.5h
/ Z$ X( z, F: W# @- c/ @: k190℃/1h | 647
# |! K% Z% F9 _ {* C2 |652' S% I9 f- Q5 `+ F o; o, G
567 | 633/ Z$ s3 n$ ] t7 d8 }
633) N1 Z; r1 Y& p" D) w/ [& s$ J
538 | 13.6
* Q$ C. b& F) w$ \12.0( j* Y; A; T9 N0 V
13.0 | 400/61; p9 J4 K5 y7 Q# f- E
-
* W! r( a* y3 D0 ^6 Y% m- |
双级
0 i1 N9 H- P1 v | 120℃/8h＋155℃/12h" O7 @7 w/ }3 |3 q, b! K
120℃/8h＋155℃/15h | 640! \( {3 {0 j% I$ X: V4 R
620 | 6196 |4 j) N2 q/ q6 Q5 m9 Y/ G
595 | 13.3
5 q: j9 {9 g3 x/ P% p13.4 | 400/70
6 S6 k0 l8 V. z0 |- W# B- |
4 结果分析和讨论
, N2 \; Q" j' N' n5 Y) ]- V 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。
- Y3 G A& K5 y 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。
8 Q0 R8 F+ R, M9 B! }. p |
) m$ j; I6 h/ {* D1 q图 7 不同状态TEM照片
3 ?4 |5 |. p& s' a T! B) \0 J（a）T6；（b）DSA；（c）双级时效
4 A, w( w7 r7 E8 B$ }; A% v3 }Fig.7 The TEM micrographs of different temper
9 h5 j# k$ h. x0 Y（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℃。
; m7 w( q3 D G: y! ` （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