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 ], O) [0 M1 a/ I/ J3 |3 N! G8 h1 C6 R9 L! g0 M
2 材料制备与性能测试
2.1 材料制备
+ q' @$ M/ n2 V' [ S; Y 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。) J! K4 G5 }6 O
2.2 性能测试和组织分析5 y" X4 {) e* O; P
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 n$ x; S8 j. P n8 L
X: Y( |' V% G/ Y% G3 实验结果
3.1 固溶处理温度确定
6 [) ]$ @8 |- f# b* Y& u% k 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℃）7 B4 V2 ?+ f, p8 R$ u$ F! y4 p" i
Fig.1 The optical micrographs of ingot overheat（480℃）
3.2 单级时效时间对电导率的影响
" U ~2 b3 D9 H1 \: ~4 M 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
# k9 B# r7 N' j" R/ R( SFig.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8 d, t, i; Y8 r& ^
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! t+ k1 {* P: F/ A
Fig.3 The microhardness of desaturation
; {9 d$ v8 V# ^$ l2 ^/ C0 ]7 ttreatment 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7 I+ u7 }6 `5 N( J% h
Fig.4 The curve of electrical conductivity at 170℃2 ~7 @4 d$ y+ @ ?: P. w7 t
desaturation and reaging treatment
3.4 双级时效对硬度（HV）和电导率的影响
. |3 J( H( U' ]3 S8 p0 P 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
: l/ v; @- p2 ]4 j1 y: C! C' ]Fig.5 The microhardness of two-step ageing
/ f$ H$ r4 W, H' S& y wat different temperature
图 6 155℃不同时间时效的电导率变化
& V" l& I6 R# }, k* F1-155℃/15h,2-155℃/12h,3-155℃/9h
6 g- {3 J" v: I% T5 p# J+ z# d5 XFig.6 The curve of electrical conductivity; C2 m$ S' `3 v2 M( h
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: p% b3 B1 ]/ W) E6 K
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
' e3 l' @" l5 c! x! w& @- T8 RTable The properties of alloy at different temper
| 状 态 | 处理制度 | σb | σ0．2 | δ | SCC(应力/
# M# y5 t5 a! w& ~开裂时间)- J& t( K: Y" O. Y- V( y( h
/MPa。d－1 |
| /MPa | /% |
| T6 | 120℃/16h | 677 | 630 | 12.6 | 400/19 |
| T6′ | 120℃/24h | 653 | 608 | 15.1 | - |
* N' D, y3 ~, eDSA | 170℃/2.5h
5 l0 I; ~4 x7 S: Q) i180℃/1.5h: [- x4 ^0 J0 A* d- r
190℃/1h | 647( d( Q& W5 T$ _/ y" c8 I* z
652. E5 m6 o8 z. H
567 | 6338 A1 n# X; ~, G' H
633$ w3 r, w/ R2 k2 b. U/ `( C
538 | 13.6
) o, X' z- }- H12.05 d6 ^8 k# V4 z+ q/ J: C
13.0 | 400/610 P( f$ g/ A: O% I2 ~) I0 ]# }" A
-. d( e5 k! I; X* Z& C( y
- |
双级
t1 Q2 Y% e: E1 F$ y | 120℃/8h＋155℃/12h+ R$ }" n. K1 O+ m4 I2 r6 N' O
120℃/8h＋155℃/15h | 640
. h1 J$ |9 L( [3 u$ r: u3 R2 V( o+ x620 | 619
% a3 ^0 l% e2 ?- y% ], Z595 | 13.3
$ b* Z' Q- A8 f% B5 ^" \13.4 | 400/70
4 ? i+ q# e C- |
4 结果分析和讨论( O' _& ^- P, j+ z
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。# \, j( I" P9 r7 x2 w
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。
# a) Q; B- E5 [; M$ b! s |
) V" S; W9 u* F图 7 不同状态TEM照片% Z; s b# e4 r% J: a0 h
（a）T6；（b）DSA；（c）双级时效
7 `. m6 A+ [) c3 E- gFig.7 The TEM micrographs of different temper 7 {! u+ x' [0 O3 X% 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℃。$ ?3 Z* x4 J) q* D$ [
（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