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双级固溶处理对7A55铝合金组织与力学性能的影响

来源期刊:中国有色金属学报2006年第9期

论文作者:张新明 黄振宝 刘胜胆 刘文辉 张翀 杜予晅

文章页码:1527 - 1533

关键词:7A55铝合金; 再结晶; 回复; 双级固溶; 力学性能

Key words:7A55 aluminum alloy; recrystallization; recovery; two-stage solution; mechanical properties

摘    要:采用光学显微镜、 透射电子衍射和扫描电子衍射显微分析技术, 结合力学性能检测和电导率测定的方法, 研究双级固溶温度和时间对7A55铝合金板材力学性能的影响。 结果表明: 最佳双级固溶制度为450 ℃, 90 min+485 ℃, 40 min。 采用该固溶制度经120 ℃, 24 h时效后, 板材的拉伸力学性能达到σb=648.4 MPa, σ0.2=629.6 MPa及δ=11.9%。 第一级固溶制度是影响板材力学性能的主要因素, 最佳固溶温度为450 ℃。 在450 ℃进行第一级固溶后, 样品发生了较强的回复, 由于降低了再结晶驱动力, 第二级高温固溶在获得较高的合金元素过饱和度的同时, 仅发生较少的再结晶, 从而在随后的时效过程中产生更高的析出强化效应。

Abstract: The effects of temperature and time of two-stage solution on mechanical properties of 7A55 aluminium alloy sheet were investigated by optical microscopy, TEM and SEM analyses and tensile testing and electrical conductivity test. The optimal two-stage solution treatment is 450 ℃, 90 min+485 ℃, 40 min. The mechanical properties σb, σ0.2 and δ reach 648.4 MPa, 629.6 MPa and 11.9%, respectively, after aging at 120 ℃ for 24 h. The results show that the first stage solution is crucial to the mechanical properties, and the optimal temperature is 450 ℃. The extensive recovery occurs after the first stage solution at 450 ℃, which reduces the driving force of recrystallization. Consequently, higher alloying elements supersaturation in matrix is obtained at the second stage high temperature solution and only little recrystallization happens. As a result, a better precipitation strengthening effect in subsequent aging is attained.

基金信息:国家重点基础研究发展计划项目



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文章编号: 1004-0609(2006)09-1527-07

双级固溶处理对7A55铝合金组织与力学性能的影响

张新明, 黄振宝, 刘胜胆, 刘文辉, 张 翀, 杜予晅

(中南大学 材料科学与工程学院, 长沙 410083)

摘 要: 采用光学显微镜、 透射电子衍射和扫描电子衍射显微分析技术, 结合力学性能检测和电导率测定的方法, 研究双级固溶温度和时间对7A55铝合金板材力学性能的影响。 结果表明: 最佳双级固溶制度为450℃, 90min+485℃, 40min。 采用该固溶制度经120℃, 24h时效后, 板材的拉伸力学性能达到σb=648.4MPa, σ0.2=629.6MPa及δ=11.9%。 第一级固溶制度是影响板材力学性能的主要因素, 最佳固溶温度为450℃。 在450℃进行第一级固溶后, 样品发生了较强的回复, 由于降低了再结晶驱动力, 第二级高温固溶在获得较高的合金元素过饱和度的同时, 仅发生较少的再结晶, 从而在随后的时效过程中产生更高的析出强化效应。

关键词: 7A55铝合金; 再结晶; 回复; 双级固溶; 力学性能 中图分类号: TG146

文献标识码: A

Effects of two-stage solution on microstructures and mechanical properties of 7A55 aluminum alloy

ZHANG Xin-ming, HUANG Zhen-bao, LIU Sheng-dan,

LIU Wen-hui, ZHANG Chong, DU Yu-xuan

(School of Materials Science and Engineering, Central South University,

Changsha 410083, China)

Abstract: The effects of temperature and time of two-stage solution on mechanical properties of 7A55 aluminium alloy sheet were investigated by optical microscopy, TEM and SEM analyses and tensile testing and electrical conductivity test. The optimal two-stage solution treatment is 450℃, 90min+485℃, 40min. The mechanical properties σb, σ0.2 and δ reach 648.4MPa, 629.6MPa and 11.9%, respectively, after aging at 120℃ for 24h. The results show that the first stage solution is crucial to the mechanical properties, and the optimal temperature is 450℃. The extensive recovery occurs after the first stage solution at 450℃, which reduces the driving force of recrystallization. Consequently, higher alloying elements supersaturation in matrix is obtained at the second stage high temperature solution and only little recrystallization happens. As a result, a better precipitation strengthening effect in subsequent aging is attained.

Key words: 7A55 aluminum alloy; recrystallization; recovery; two-stage solution; mechanical properties

7A55铝合金具有超高强和高硬等特点, 是新一代优质结构铝合金材料[1]。 固溶是该系合金热处理过程中的关键环节之一, 固溶处理中合金组织的变化、 再结晶和第二相溶解程度将对后续热处理过程产生显著的影响, 从而影响产品的最终性能。 传统的铸锭均匀化温度和变形组织固溶温度均低于非平衡低熔共晶点, 粗大化合物相很难溶解彻底[2-4]。 要使非平衡结晶的粗大化合物相充分溶解, 在不产生过烧的情况下, 应尽可能升高固溶温度, 延长固[CM(22]溶时间。 但随着固溶温度的升高及固溶时间的延[CM)] 长, 又会导致再结晶增多, 使晶粒长大, 从而导致合金的强度降低[5-6]。 因此合金只有在再结晶程度尽量少的前提下, 第二相颗粒充分溶解, 固溶处理才会达到最佳效果[7-8]。 高温短时分级固溶处理可以使再结晶发生程度减小[9], 但由于固溶时间过短, 因而不易于工业应用。 本文作者针对7A55铝合金热轧板, 研究了低温加高温的双级固溶处理对该合金的力学性能及显微组织的影响, 为实际生产制定合理的工艺参数提供依据。

1 实验

7A55铝合金经750~770℃熔炼后, 铜模浇铸。 铸锭名义成分为Al-8.4Zn-2.2Mg-2.4Cu-0.15Zr(质量分数, %)。 铸锭在箱式电阻炉中经460℃, 48h均匀化处理后进行热轧, 热轧温度为350~440℃, 轧制总的变形量为85%, 其组织为典型的长条状组织。 为研究双级固溶处理温度和时间对合金性能的影响, 采用正交设计法, 实验表选定L9(34), 选择一级固溶温度(A)及固溶保温时间(B), 二级固溶温度(C)及固溶保温时间(D)水平参数[10]来研究固溶温度、 时间因素与水平间的搭配关系(表1)。 固溶所用的炉子是箱式电阻炉, 炉温波动在±2℃。 淬火参数为淬火转移时间小于2s, 淬火水温低于25℃, 停放时间少于15min。 淬火后用7501涡流电导仪测试样品的电导率, 随后立即进行T6人工时效(即120℃保温24h)。 采用光学显微镜(OM)观察不同双级固溶时效后合金的金相组织, 观察前用Graff Sargent浸蚀剂(0.5%HF, 15.5%HNO3, 84%H2O(体积分数), 3g CrO3)浸蚀。 通过KYKY 2800扫描电镜对第二相大小、形貌、 分布以及断口进行观察与分析, 并用透射电镜(TEM)观察其组织。 在CSS-44100电子万能实验机上进行时效后样品的拉伸力学性能测试。 使用的拉伸试样按国标GB/6497—14规定进行加工。

表1  双级固溶的正交设计L9(34)

Table 1  Scheme of two-stage solution heat treatment L9(34)

2 结果及分析

表2和3所列分别为合金经不同双级固溶处理和时效后的力学性能和各因素对性能的影响情况。 图1所示为不同固溶制度后经T6(120℃, 24h)时效的金相组织。 其中图1(a)、 (c)和(e)所示分别为440℃, 60min; 450℃, 60min和460℃, 60min单级固溶后T6时效后的金相组织。

由表2可看出, 经不同的双级固溶工艺后, 试样的性能差异说明优化固溶处理可以改善合金的力学性能。 7A55铝合金在进行双级固溶处理时, 第一级固溶温度为450℃的各项力学性能均好于440和460℃的。 其中450℃, 90min+485℃, 40min双级固溶经120℃, 24h时效的试样的拉伸性能最好, 其σb 、 σ0.2和δ分别达到648.4MPa、 629.6MPa和11.9%。 从正交实验数据处理的结果(表3)

表2  双级固溶对合金力学性能的影响

Table 2  Influence of two-stage solution on mechanical properties of 7A55 alloy

图1  440℃, 60min; 450℃, 60min; 460℃, 60min和S3, S5, S7固溶后经T6(120℃, 24h)时效的金相组织

Fig.1  Optical micrographs of specimens aged at 120℃ for 24h after solution treatment at

440℃, 60min(a); S3(b); 450℃, 60min(c); S5(d); 460℃, 60min(e) and S7(f)

图2  固溶处理前后7A55合金的SEM像

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