非等温回归再时效工艺对7055铝合金组织与性能的影响.pdf

第 卷 第 期有色金属加工 年 月 :./.非等温回归再时效工艺对 铝合金组织与性能的影响张 缓陈忠家陈锦涛魏心航(合肥工业大学 材料科学与工程学院安徽 合肥)收稿日期:作者简介:张缓()女硕士研究生研究方向:高性能金属材料摘 要:文章以 铝合金为研究对象通过、力学性能测试、耐腐蚀性能测试等实验手段探究非等温回归过程中升温速率对合金组织与性能的影响规律回归升温速率设为 /、/、/升温截止温度为 结果表明当非等温回归再时效工艺为()(/)()时 铝合金获得了高于 态的强度抗拉强度 屈服强度 延伸率 /升温速率下回归再时效后晶内析出相细小弥散分布晶界析出相断续排列晶界无沉淀析出带()明显剥落腐蚀性能评级为 耐腐蚀性能优异关键词:铝合金非等温回归再时效工艺升温速率力学性能耐腐蚀性能中图分类号:.文献标识码:文章编号:()铝合金因合金密度较低、比强度高等优良特点在交通运输、航空航天领域应用十分普遍作为典型的可热处理强化铝合金经过峰值时效处理后虽然强度较高但耐蚀性较差因此回归再时效()工艺被提出并应用 回归再时效工艺首次由以色列人 于 年提出它不仅能使铝合金的耐蚀性大幅度提高还能保持与峰值时效相当的强度 经过 处理后的 铝合金晶内析出相与 态相比密度更大晶界相分布更加不连续晶界无沉淀析出带更宽然而当 工艺处理铝合金厚板时由于板件较厚存在非等温现象外国学者针对这个问题在 的基础上提出了 工艺使 铝合金达到强韧性与耐蚀性的良好配合 但是这种制度目前处于保密状态未对外公开所以新型 工艺的研究对于我国 系铝合金的应用十分必要 近些年的研究表明非等温时效工艺可以有效提高合金的强度与耐蚀性在这个背景下有专家提出将非等温时效工艺引入回归再时效于是发明了非等温回归再时效()工艺 这项工艺主要针对于预时效制度与回归制度的探索近些年的研究成果对于国内 系铝合金的应用有重大参考意义 本文旨在通过探究升温回归速率与升温截止温度对力学性能、耐蚀性和微观组织的影响为更加完善的 工艺提供依据 实验实验材料为商用 合金棒材 合金变形工艺为多向自由锻造变形完成后进行 的三级固溶处理后水淬之后固溶态试样立即进行 的预时效处理再以 /、/、/的升温速率升温至 、到达终了温度后水冷最后对试样进行 的再时效处理工艺流程如图 所示 为方便描述将非等温再时效工艺过程简记为 表示升温速率 表示升温截止温具体表征见表 图 非等温回归再时效工艺示意图 第 期有色金属加工表 铝合金热处理工艺回归工艺预时效升温速率冷却方法再时效()/水冷 ()/水冷 ()/水冷 硬度测试在 硬度仪上完成加载载荷 保压时间为 测量 个点后取平均值 室温拉伸机器为 型微机控制电子万能实验机拉伸速率为 /对析出相的组织分析采用 型透射电子显微镜加速电压为 电子枪的材料为/试样需要先机械研磨至厚度为 左右的小薄片再冲孔成直径为 的小圆片最后再利用电解双喷仪器对其减薄在透射电镜下观察 双喷电解参数为电解液(.)减薄电压 减薄电流 减薄温度约 剥落腐蚀采用的腐蚀溶液成分为 .(溶液)再加去离子水稀释至 将合金浸泡 后取出观察形貌溶液浸泡体积与浸泡面积的关系为/实验结果与分析.时效组织分析图 是预时效态、的 明场像 经再时效处理后的晶界相进一步粗化 也更加宽化 态(图()的晶内析出相细小弥散呈圆点状分布晶界处的析出相排布较为连续无明显的无析出带 由于晶界处析出相分布比较连续因此在腐蚀过程将作为阳极优先溶解形成腐蚀通道 宽度较小影响合金的抗腐蚀性能 图()是 处理后的 形貌表明此时晶内析出相有明显的粗化其密度相比 态明显增大分布更加均匀晶界相再时效后尺寸明显增大断续状排列十分明显晶界两边析出相尺寸明显要比预时效态大 有研究表明粗大的晶界相断续分布能阻碍阳极溶解通道的连续形成有利于提高合金的抗腐蚀性能 图()图表明 状态的晶内析出相弥散分布比 态的大但分布更加均匀密度更大从而增加了强化效果 晶界处析出相尺寸比 的有所减小 图()是 的 明场像晶内析出相分布均匀状态不如 晶内析出相尺寸介于 /与 /之间 晶界析出相的平均尺寸和 宽度明显大于 态但小于 和 态()()()()图 态与非等温回归再时效后的 明场像 有色金属加工第 卷 图 是不同热处理状态的析出相体积分数统计图 的析出相体积分数为.大于 态处理时的.因此强化效果会更好图 不同热处理状态的析出相体积分数铝合金经过预时效处理后晶内析出相主要是细小弥散分布的 区、相升温回归过程中小于临界尺寸的 区和亚稳态 相会发生回溶现象大于临界尺寸的 区和 相会长大成为 相和 相温度升高时会发生回溶因此回归终了温度和升温速率是主要的影响因素 有研究表明 铝合金的 区溶解温度为 左右 慢速升温(/)过程中 区与 发生回溶然而由于升温至 后继续缓慢升温至 回归时间过长因此一些 区和 相长大成 和 相并在此后持续长大和粗化经再时效处理后重新析出细小的析出相但粗大相会保留下来晶界处也会有粗大的 发生聚集致使无沉淀析出带比较大因此慢速回归条件下力学性能较差但耐蚀性较好 快速回归(/)条件下回归温度快速升高导致临界回溶半径增大使大量析出相回溶 大量回溶的后果是基体内溶质原子的浓度快速增加形核速率的增加会导致合金中固溶体原子的减少从而降低生长速率而溶质原子浓度的增加会导致临界回溶半径减小限制了回溶行为因此升温速率下回溶行为快速完成而后继续升温会形成 相使合金性能下降再时效后晶内未溶的 区和 相会继续长大以及原本存在的 相进一步粗化导致晶内 相的数量增加 中速回归(/)条件下回归速率与时间适宜析出相可以充分回溶部分析出相长大再时效过程中形核核心较多再时效后的晶内析出相细小弥散均匀分布晶界沉淀无析出带尺寸介于低速与高速之间耐蚀性也介于二者之间.力学性能分析图 是合金非等温回归再时效后的硬度变化曲线 由图可知 硬度值最高约为 比 态高 慢速升温(/)和中速升温(/)升至 到达峰值硬度温度继续升高硬度则会下降而快速升温(/)峰值硬度出现在 约为 慢速升温与中速升温的硬度峰值出现在 快速升温的峰值硬度出现在 峰值硬度的出现随升温速率的增加朝高温方向移动图 非等温回归及再时效后的硬度变化曲线图 是合金非等温回归再时效后的强度与延伸率柱状图 从图中可以看出强度和延伸率随升温速率的提高先增后减 的处理状态下抗拉强度到达峰值其数值为 屈服强度为 延伸率为 态的抗拉强度为 屈服强度为 延伸率为.此时 的强度稍高于 态屈服强度提高比较明显比 态高 经过分析力学性能最优的状态为 验证了前文析出相体积分数的分析结果.剥落腐蚀图 是、的剥落腐蚀形貌 晶界析出相分布状态不同其腐蚀行为也不一样断续分布的析出相发生阳极腐蚀时腐蚀通道会被切断减缓腐蚀的速度 结合图 的晶界处形貌可知图()的晶界相粗大 宽化严重因此其耐蚀性最好被腐蚀表面没有明显的起皮与腐蚀坑保留了部分金属光泽评级为 图()的剥落腐蚀形貌有轻微起皮但没有明显的腐蚀坑评级为 图()的晶界相相比前面两个状态分 第 期有色金属加工布比较连续因此被腐蚀表面不仅起皮严重还形成了腐蚀坑耐蚀性差评级为 图 是三种状态合金在 溶液中浸泡 后的截 面 形 貌 /的腐蚀深度最大约为 /腐蚀深度最浅深度约为 合金的抗腐蚀能力排序为:图 非等温回归及再时效后的室温拉伸性能()()()图 非等温回归再时效后的剥落腐蚀形貌()()()图 非等温回归再时效后的剥落腐蚀截面形貌 结论()升温回归处理过程中升温速率对力学性能和耐蚀性影响很大 当升温截止温度一定时随着升温速率的提高力学性能先增加后减小()非等温回归再时效工艺明显增大了晶内析出相的密度其分布状态比 态更加均匀经非等温回归再时效处理后晶界析出相粗化明显 更加宽化合金的耐蚀性均有大幅度提高()经 /(水冷)的非等温回归再时效处理后 铝合金的力学性能与耐蚀性配合最优抗拉强度为 屈服强度为 延伸率为 剥落腐蚀评级为 在保证高强度的同时提高了合金的耐蚀性优化后的非等温回归再时效工艺更适用于工厂的实际生产参考文献 .:():.:.():.熊柏青闫宏伟张永安等.我国航空铝合金产业发展战略研究 有色金属加工第 卷.中国工程科学():.:.()():.“”.():.:.屈龙风 潘清林 刘竝等.回归温度对 合金组织和性能的影响.热加工工艺():.杨春苗 王珊 王淑慧等.过程中预时效时间对 铝合金组织性能的影响.金属热处理 ():.():.():.:.():.():.():.侯显智刘显东冯正海迟福全.铝合金的热处理与微观组织研究.轻合金加工技术():.():.():./.()(/)()./().: