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 k8 x V: a1 s! z# v2 @, C2 \: O% W9 B* E* ]9 v' y) ]: r
2 材料制备与性能测试
2.1 材料制备
7 g, c A+ q- A9 T. Z2 k& k( s2 ^4 ] 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。* s7 l) R: z- I; Z: Z) F; v0 k
2.2 性能测试和组织分析
3 R( i2 n1 ]' h- l+ R 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。
: g/ o) z! m- [3 M& A( j J" \* Y2 k! t1 i
3 实验结果
3.1 固溶处理温度确定" x4 b6 Y4 U2 \) m- e! A
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, [& F" d4 D% Z8 U pFig.1 The optical micrographs of ingot overheat（480℃）
3.2 单级时效时间对电导率的影响
* b2 ^: N0 m6 J) f U# M' A6 w 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4 g$ r- U& ` Z( L+ h
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 m( k" Q# A l# m- Y( @7 }
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
; {# K* z' q. v) rFig.3 The microhardness of desaturation9 a2 ^5 ?( H r! N
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
! ^8 ^3 M4 k g; _# R" mFig.4 The curve of electrical conductivity at 170℃
, t" e! }2 N/ s* W3 [# {desaturation and reaging treatment
3.4 双级时效对硬度（HV）和电导率的影响
! w% d' _0 K/ c, a% e 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# E# X2 \: C0 ~* u* e; C3 d: [
Fig.5 The microhardness of two-step ageing$ O" r& r) X# Q# R% C
at different temperature
图 6 155℃不同时间时效的电导率变化8 w7 B' @. M: v) s
1-155℃/15h,2-155℃/12h,3-155℃/9h
+ l* S/ i9 S% ~7 W4 i5 eFig.6 The curve of electrical conductivity0 r; W# \% k# K
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
% j) ]- v3 U# \; K7 D* M 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, @: K6 x; ?2 z8 T3 Y2 x
Table The properties of alloy at different temper
| 状 态 | 处理制度 | σb | σ0．2 | δ | SCC(应力/+ p3 Y. d' c' m z& V) I* f6 @( f
开裂时间)" {4 m" M/ z. b8 ~# ~
/MPa。d－1 |
| /MPa | /% |
| T6 | 120℃/16h | 677 | 630 | 12.6 | 400/19 |
| T6′ | 120℃/24h | 653 | 608 | 15.1 | - |
% r% D7 p' j8 d# rDSA | 170℃/2.5h
7 X/ {( m6 T1 ^' s180℃/1.5h% _5 L4 Y7 p$ X, b
190℃/1h | 647
1 Y3 M! H9 C- I652+ e. _1 ]+ c$ y
567 | 633
/ [+ I8 m9 S% N S6 X633
$ |- z9 V5 _/ a& ~( i538 | 13.6' G7 U- d X3 L! ?2 c3 ?* B% W
12.0
# g; G1 s7 W7 U& H7 g8 {13.0 | 400/610 t& m& C, V. ?6 R& v6 h
-
. {3 l2 r) Y; F" o4 _" o- |
双级7 E7 Z- g2 ?3 m% S& Y7 ~& g
| 120℃/8h＋155℃/12h
/ R" }% R2 g# \( C: x1 i120℃/8h＋155℃/15h | 640
# T: h5 @% I% h7 H0 f. n620 | 619
( \3 r5 a3 u0 a) _595 | 13.3
/ o* {3 H' m) K4 f! y13.4 | 400/70
6 g0 g A$ _8 B5 O& W( e- |
4 结果分析和讨论9 e4 m/ ~3 D. V4 B& M
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。; O% u( C2 j/ f, O# {8 a
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。% m4 H8 s7 I+ U! f1 f- z
|
1 Z+ w9 B% O9 Y8 s% `; Y: {
图 7 不同状态TEM照片+ A: c, ^7 d9 [/ P# B2 a# Z3 E
（a）T6；（b）DSA；（c）双级时效
, m; j: S7 r# J _4 t* z5 f# mFig.7 The TEM micrographs of different temper / o) r5 D! d! w0 b, e; S
（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℃。
; t0 I7 `( T7 Y* M+ l% t （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