第二级时效工艺对7E49铝合金组织性能的影响.pdf
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1、DOI:10.023.06.004轻合金加工技术Vol51,No6LIGHT ALLOY FABRICATION TECHNOLOGY22第二级时效工艺对7 E49铝合金组织性能的影响林茂,吴浩?,张琪,曹海龙(1.西北铝业有限责任公司,甘肃定西7 48 111;2.中铝材料应用研究院有限公司,北京10 2 2 0 0)摘要:研究了第二级时效工艺对7 E49铝合金硬度、导电率、拉伸性能和抗剥落腐蚀性能的影响,分析了合金时效析出相与断口形貌的演变规律。研究结果表明:随着第二级时效温度的升高或时间的延长,合金析出相以m相和相为主,晶内析出相尺寸增大,晶界析出相呈现断续分布,相间距增大,晶界无析出带
2、(PFZ)变宽;合金强度降低但抗剥落腐蚀性能提高,韧性和塑性增强,断裂模式由脆性断裂演变成韧性断裂。第二级时效工艺分别为150(8 48)h、16 0(6 36)h 和17 0(2 16)h时,合金屈服强度都在450 MPa以上,剥落腐蚀评级EA级以上,能够满足产品性能需求。关键词:7 E49铝合金;第二级时效;力学性能;剥落腐蚀;组织演变中图分类号:TG166.3文献标识码:A文章编号:10 0 7-7 2 35(2 0 2 3)0 6-0 0 2 2-0 7Effect of the secondary aging process on the properties andmicrostr
3、ucture of 7E49 aluminum alloyLIN Mao,WU Hao,ZHANG Qi?,CAO Hailong(1.Northwest Aluminum Co.,Ltd.,Dingxi 748111,China;2.Chinalco Materials Application Research Institute Co.,Ltd.,Beijing 102200,China)Abstract:The effects of the secondary aging process on the mircohardness,conductivity,tensile properti
4、es,and exfoliation corrosion of 7E49 aluminum alloy have been studied andthe precipitates evolution and fracture morphology of the aged alloys have been analyzed.Theresults show that with the increase of secondary aging temperature or the extension of time,the precipitates in the alloy are mainly n
5、and n phases.The size of the intragranular precip-itated phases increases,the precipitated phases at the grain boundaries exhibit intermittentdistribution,the interphase spacing increases,and the precipitated free zone(PFZ)widens.The strength of the aged alloys decreases,while the performance of ant
6、i-exfoliation corrosionimproves,the toughness and plasticity increase,and the fracture mode evolves from brittlefracture to dimple type ductile fracture.When the secondary aging processes are 150 C(8-48)h,160(6 -36)h,a n d 17 0 (2 -16)h,r e s p e c t i v e l y,t h e y i e l d s t r e n g t h i s a b
7、 o v e450 MPa,and the exfoliation corrosion rating is above EA level,which can meet the alloyproduct performance requirements.Key words:7E49 aluminum alloy;secondary aging;mechanical properties;exfoliationcorrosion;microstructure evolution收稿日期:2 0 2 3-0 6-10第一作者简介:林茂(198 4),男,甘肃陇西人,工程师轻合金加工技术202Vol5
8、1,No6一LIGHT ALLOY FABRICATION TECHNOLOGY237系超高强铝合金具有高的比强度,作为重要的结构材料广泛应用于航空航天、兵器装备等领域。由于铝合金构件与装备的服役环境复杂,对7系铝合金性能要求不断提高,单纯的高强度已难以满足服役环境的需求,还需具备良好的强韧性匹配和较优的耐腐蚀性能(抗应力腐蚀、抗剥落腐蚀等)1-3为了解决铝合金单级时效状态下高腐蚀敏感性的问题,相继开发出不同类型的双级过时效工艺4,通过第二级时效工艺来调控合金的晶内和晶界强化相类型、尺寸和分布等,能够大幅度改善合金的断裂韧性和抗腐蚀性能,但同时也会造成合金强度损失5-11。如7 0 7 5 铝
9、合金,T76双级时效可以提高合金的抗剥落腐蚀性能,T73双级时效可以改善合金的抗应力腐蚀性能等,但与T6峰时效相比牺牲了10%30%左右的强度12 。因此,寻求适宜的第二级时效工艺对调控合金强韧性和耐蚀性有着重要的意义。试验以7 E49铝合金大规格厚壁管材为研究对象,重点探索不同第二级时效工艺对7 E49铝合金微观组织和性能演变的影响,确定能够同时满足屈服强度45 0 MPa以上、抗剥落腐蚀性能EA级以上的第二级时效工艺,为该型合金产品工业化生产提供参考。1试验材料及方法1.1试验材料试验材料为7 E49铝合金挤压厚壁管材,管材外径345mm,壁厚40 mm,实测化学成分如表1所示。表1试验合
10、金的化学成分(质量分数/%)Table 1 Chemical composition of the test alloy(wt%)ZnMgCuMnErZrFeSiA17.32.30.60.30.110.120.08 0.09余量1.2试验方法对7 E49铝合金挤压态试样进行47 5 2 h固溶处理,水淬,12 0 4h预时效处理后,再分别在150、16 0 和17 0 进行不同时间(0 6 0 h)第二级时效处理,随后对合金样品进行性能测试和组织观察。采用HXD-1000TM/LCD型数显维氏硬度计测量合金的显微硬度,加载2 N,加载时间10 s。采用MTS810材料试验机进行拉伸性能测试,试
11、样沿管材挤压方向截取。合金导电率测试采用Sigmatest2.069便携式导电率测试仪,每个样品测10 个数值取其平均值。剥落腐蚀试验采用GB/T22639-2008标准,试样尺寸为7 0 mm30mm10mm,腐蚀介质为1L去离子水中含2 34gNaCl、5 0 g K NO,和6.3mLHNO,混合溶液,试验温度(2 5 3),腐蚀面与腐蚀介质的面容比为15 mL/cm,浸泡48 h后用水清洗,记录试样表面腐蚀形貌并评级。采用FEIQUANTAFEG650扫描电子显微镜二次电子成像模式用于观察合金拉伸试样的断口形貌。采用JEM2100型透射电子显微镜对样品进行观察,工作电压为2 0 0 k
12、V,用体积分数为30%HNO+70%CH,O H 的混合液电解双喷法制备透射电镜观察试样。2结果与分析2.1第二级时效工艺对7 E49铝合金力学性能的影响将经过预时效(12 0 4h)的7 E49铝合金试样分别在15 0、16 0 和17 0 进行不同时间的第二级时效处理,时效合金的硬度与导电率随着第二级时效时间的变化曲线如图1所示。210200+150+-1601901701801701601501401300510152025303540.45505560第二级时效时间/ha-维氏硬度36353433SVO%/率申者32311503016029-1702827260510152025303
13、54045505560第二级时效时间/hb-导电率图1第二级时效后7 E49铝合金的硬度及导电率Fig.1 Microhardness and electric conductivities of7E49 aluminum alloy after different secondaryaging processes轻合金加工技术Vol51,No6LIGHT ALLOY FABRICATION TECHNOLOGY24由图1a可知,虽然铝合金第二级时效温度不同,但合金硬度变化趋势基本相似。在第二级时效初期合金硬度快速上升,1h后硬度达到2 0 1HV左右;随后合金进入过时效状态,随第二级时效时间
14、的延长,合金硬度连续不断地下降。此外,第二级时效温度对铝合金硬度的下降影响程度也不同,第二级时效温度越高,铝合金硬度随着第二级时效时间的延长下降越快。第二级时效温度为15 0 和16 0 时,合金时效硬度下降速度相对缓慢;第二级时效温度为17 0 时,合金硬度下降速率明显加快。如图1b所示,随第二级时效时间的延长,合金导电率连续不断上升,导电率在时效前期上升速率较快,后期增长速率趋于平缓。第二级时效温度越高,合金导电率增长速率越快,导电率增加幅度越大。导电率与合金溶质的固溶度有关,合金在第二级时效中由于不断有大量的强化相析出和粗化,且温度越高,时效强化相的析出与粗化速度越快,造成了合金硬度不断
15、下降,导电率不断升高。表2 为7 E49铝合金在不同第二级时效工艺处理后的拉伸性能。合金的拉伸性能与硬度变化基本呈现相似趋势,随着第二级时效温度的升高和时效表2 77E49铝合金第二级时效后的室温拉伸性能Table 2 Room-temperature tensile properties of7E49 aluminum alloy after different secondary agingprocesses第二级时第二级时抗拉强屈服强伸长效温度/效时间/h度/MPa度/MPa率/%263161410.0462960610.51502459657111.54855952813.026085
16、8610.0460358110.5858856311.01602454650212.03653047714.54849844014.0259056413.0456653211.51701651046813.02446939914.54844235913.5时间的延长,7 E49铝合金的抗拉强度和屈服强度降低。在第二级时效温度为15 0、16 0 和17 0,时效时间分别在2 h48h,2h36h及2 h16h范围内时,7 E49铝合金的屈服强度均在45 0 MPa以上,满足合金产品屈服强度性能的要求。2.2第二级时效工艺对合金剥落腐蚀的影响研究表明,单级峰时效合金能获得优良的力学性能,但不能保
17、证足够的耐腐蚀性能,限制了合金的广泛应用。主要原因是合金强化相在晶界上连续分布,提供腐蚀通道加速腐蚀进程。7 E49铝合金经12 0 4h+(15 0 17 0)不同时间双级时效处理后的剥落腐蚀形貌如图2 所示,剥落腐蚀评级见表3。如图2 所示,合金在15 0 第二级时效初期2h6h,其耐剥落腐蚀性能较差,样品表面出现严重的分层并脱落,腐蚀已扩展深人至合金内部,根据标准可以评级为ED级;当第二级时效时间为8 h时,合金的耐剥落腐蚀性能有了明显好转,样品表面出现少量起层与鼓包,腐蚀行为已穿人合金局部位置,评级为EA级;当第二级时效时间延长至32 h时,合金的耐剥落腐蚀性能进一步好转,样品表面出现
18、较多的小的点蚀和爆皮现象,评级为PC级。总体上随第二级时效时间的延长,合金的抗剥落腐蚀性能不断变好。表37 E49铝合金双级时效剥落腐蚀评级Table 3 Exfoliation corrosion degrees of 7E49aluminum alloy after double-aging treatments时间/h2468121624324060150EDEDEDEAEA EAEAPCPCPC160EDEDEAPCPCPBPB PBEAEA170EAEAEAEAEAPCPCPCEAEA合金在16 0 第二级时效后的剥落腐蚀性能随第二级时效时间的变化趋势与15 0 的基本相似,合金剥落
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