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。 7 M" }3 _' {! m$ i9 p
+ y3 f/ K) P% |% e4 s2 材料制备与性能测试
2.1 材料制备% V$ _0 h! V+ D0 X/ y5 A) X
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。, o' u0 m2 U U# _
2.2 性能测试和组织分析
+ @( V# K* M) f 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。* A* ?) p" X2 g' t& _4 R" G
+ k$ I: J" X+ F& D3 F3 E
3 实验结果
3.1 固溶处理温度确定8 ~, b0 U+ Z/ B6 f' t8 f8 O
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℃）. @3 m9 {# R+ ~; O( a# s
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 t( D, A- |* Z( h" P 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
! I! W4 g7 f% YFig.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
6 m0 m4 `, [+ t/ 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" f6 |, ]: v3 T1 w' ?8 V
Fig.3 The microhardness of desaturation" `2 m2 Z; H5 u8 F
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
0 U* c0 Q2 |$ T- m. JFig.4 The curve of electrical conductivity at 170℃8 ]- T* s7 Y$ g; e8 X" }
desaturation and reaging treatment
3.4 双级时效对硬度（HV）和电导率的影响
' b+ L5 [* n2 a% c/ 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
7 K) V$ B, v7 hFig.5 The microhardness of two-step ageing
- O0 d% F% y, G( W6 w* C! wat different temperature
图 6 155℃不同时间时效的电导率变化
( i% T* d* Q C% d1-155℃/15h,2-155℃/12h,3-155℃/9h3 y4 h% u6 A& n& v/ k, P
Fig.6 The curve of electrical conductivity
; r- e) N( J6 h- Zat 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3 u3 s/ ^9 R1 v2 R+ u% d' }
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
L+ i: l) R6 N; w2 X/ L/ B6 ZTable The properties of alloy at different temper
| 状 态 | 处理制度 | σb | σ0．2 | δ | SCC(应力/0 m; b) }4 }$ `/ z" s0 q
开裂时间)
% x' x0 N! i) w8 Y/MPa。d－1 |
| /MPa | /% |
| T6 | 120℃/16h | 677 | 630 | 12.6 | 400/19 |
| T6′ | 120℃/24h | 653 | 608 | 15.1 | - |
T6 r4 H/ A. E4 d7 N- xDSA | 170℃/2.5h4 x* C3 P) w* f& y
180℃/1.5h
# N9 V. h/ H n A$ e190℃/1h | 647- _3 {( n4 x+ j* }
652
6 X! \) X, `) x7 K# Y: f567 | 633- i1 m, ]) ]% ?5 Y9 p, \3 c
633* B1 R+ g- a2 j' e2 n
538 | 13.6
% V: g8 ]9 X1 P( G8 m$ m12.0, f. y( f$ G3 S+ ~6 @1 F
13.0 | 400/61/ E/ n5 L1 @! {8 q
-- F; K: X- v6 P$ D4 q
- |
双级
, p7 o3 V# k# m, M! h | 120℃/8h＋155℃/12h4 y3 t6 [# i1 n! Q# y& v' g+ [
120℃/8h＋155℃/15h | 640' c- k" l$ `- r9 F2 ` G
620 | 619
1 m* H4 R; _- w595 | 13.31 R% Z) K7 x. ]6 }# B4 _3 i4 M
13.4 | 400/70
9 L0 s1 g' e$ t. t- |
4 结果分析和讨论% i4 @: l; A0 B2 p. n" ^% g
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。
& Q3 t) ?' x. U: t+ n" `; f 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。
! [4 t. U/ s8 g3 ^ |
& c5 \; S9 E& ?, V: Z c/ M! B图 7 不同状态TEM照片
, a* w" e% K/ u（a）T6；（b）DSA；（c）双级时效
$ K) q) u5 l, \( VFig.7 The TEM micrographs of different temper
' R- ~2 O. H9 D) F' m3 J% ~（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℃。, a7 |+ m) S$ G* V
（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