简介概要

固溶处理对7150铝合金组织和力学性能的影响

来源期刊:中国有色金属学报2010年第6期

论文作者:韩小磊 熊柏青 张永安 李志辉 朱宝宏 王锋 刘红伟

文章页码:1095 - 1101

关键词:7150铝合金;固溶处理;显微组织;力学性能

Key words:7150 Al alloy; solution treatment; microstructure; mechanical properties

摘    要:通过OM、SEM、X射线衍射、DSC差热分析和室温拉伸性能测试,研究固溶处理对7150铝合金挤压板带组织和力学性能的影响。结果表明:合金固溶处理温度越高,时间越长,粗大第二相溶解越多;合金在480℃进行固溶处理时,出现过烧组织,双级固溶处理制度没有提高本合金开始出现过烧组织的温度;随着合金固溶处理时间的延长,组织出现粗化和再结晶的趋势;本合金适合采用475 ℃,2 h的单级固溶制度,经(475 ℃,2 h) + (120 ℃,24 h)固溶-峰时效处理后,合金抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为650 MPa、600 MPa和13.5%。

Abstract: The effects of solution treatment on the microstructures and mechanical properties of 7150 aluminum alloy extrusion plate were studied by OM, SEM, XRD, DSC and room temperature tensile test. The results show that the coarse second phase dissolves more adequately when the alloy is solution treated at higher temperature for longer time. The overheated structure appears in alloys when quenched at 480 ℃, and the temperature at which overheated structure appears cannot be enhanced by two-stage solution. The trend of microstructure coarsening and recrystallization appears with prolongating the solution time. The suited solution of the alloy is single-stage solution of 475 ℃, 2 h. After solution and peak aging of (475 ℃, 2 h)+(120 ℃, 24 h), the ultimate tensile strength, yield strength and elongation are 650 MPa, 600 MPa and 13.5%, respectively.

基金信息:国家“十一五”科技支撑计划资助项目



详情信息展示

文章编号:1004-0609(2010)06-1095-07

固溶处理对7150铝合金组织和力学性能的影响

韩小磊,熊柏青,张永安,李志辉,朱宝宏,王  锋,刘红伟

 (北京有色金属研究总院 有色金属材料制备加工国家重点实验室,北京 100088)

摘  要:通过OM、SEM、X射线衍射、DSC差热分析和室温拉伸性能测试,研究固溶处理对7150铝合金挤压板带组织和力学性能的影响。结果表明:合金固溶处理温度越高,时间越长,粗大第二相溶解越多;合金在480℃进行固溶处理时,出现过烧组织,双级固溶处理制度没有提高本合金开始出现过烧组织的温度;随着合金固溶处理时间的延长,组织出现粗化和再结晶的趋势;本合金适合采用475 ℃,2 h的单级固溶制度,经(475 ℃,2 h) + (120 ℃,24 h)固溶-峰时效处理后,合金抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为650 MPa、600 MPa和13.5%。

关键词:7150铝合金;固溶处理;显微组织;力学性能

中图分类号:TG113;TG146.2       文献标志码:A

Effect of solution treatment on microstructures and

mechanical properties of 7150 aluminum alloy

HAN Xiao-lei, XIONG Bai-qing, ZHANG Yong-an, LI Zhi-hui, ZHU Bao-hong, WANG Feng, LIU Hong-wei

 (State Key Laboratory of Nonferrous Metals and Processes,

General Research Institute for Nonferrous Metals, Beijing 100088, China)

Abstract: The effects of solution treatment on the microstructures and mechanical properties of 7150 aluminum alloy extrusion plate were studied by OM, SEM, XRD, DSC and room temperature tensile test. The results show that the coarse second phase dissolves more adequately when the alloy is solution treated at higher temperature for longer time. The overheated structure appears in alloys when quenched at 480 ℃, and the temperature at which overheated structure appears cannot be enhanced by two-stage solution. The trend of microstructure coarsening and recrystallization appears with prolongating the solution time. The suited solution of the alloy is single-stage solution of 475 ℃, 2 h. After solution and peak aging of (475 ℃, 2 h)+(120 ℃, 24 h), the ultimate tensile strength, yield strength and elongation are 650 MPa, 600 MPa and 13.5%, respectively.

Key words: 7150 Al alloy; solution treatment; microstructure; mechanical properties

                    


Al-Zn-Mg-Cu系铝合金具有密度小、比强度高、加工性能好和成本低等优点,被广泛地应用于航空工业及民用工业等领域[1]。7150合金是在7050合金的基础上通过提高Zn和Mg含量,降低Cu含量和减少Fe和Si等杂质相的数量得到的[2]。1991年,Alcoa公司研发的T77 热处理制度成功用于7150合金,使合金在保留T6强度的同时,耐腐蚀性能和韧性明显得到改善[3-5]。7150-T77(25 mm厚热轧板)合金的屈服强度达614 MPa。7150-T77合金是第四代高强高韧耐蚀铝合金的标志性合金,目前已大量用于制造飞机框架和舱壁等结构件。

超高强铝合金主要通过时效析出而强化,固溶度的提高可以提高合金的过饱和度,从而增加时效析出相的数量和增加强化效果[6]。曾苏民[7]在强化相固溶方面做了大量研究,通过延长固溶保温时间(或提高固溶温度),在一定程度上改善了合金性能。近年来,发展了多级强化固溶的热处理工艺[8],通过逐步升温固溶处理可使最终固溶温度超过多相共晶温度而不产生过烧组织,从而提高残余可溶结晶相的固溶程度和合金力学性能。

合金固溶处理过程中合金的组织控制非常重要,随着固溶温度的升高和固溶时间的延长,析出相溶解程度增大,但同时合金的晶粒长大,再结晶程度提高,又会导致合金的综合性能下降[9-10]。7150合金是重要的航空结构材料,本工作通过改变固溶处理工艺,系统地研究固溶处理工艺对7150合金的显微组织和力学性能的影响,旨在为制定7150合金新型固溶时效热处理工艺提供试验依据。

 

1  实验

试验所用合金Al-6.33Zn-2.35Mg-2.39Cu-0.12Zr由高纯Al、高纯Zn、高纯Mg、Al-Cu及Al-Zr中间合金等原料配比熔炼而成。本试验合金采取双级均匀化制度,(440 ℃,12 h)+(475 ℃,24 h),将圆锭挤压成截面为100 mm×25 mm规格的板带,挤压比为12.6?1。挤压板带分别采用单级固溶制度和双级固溶 制度进行固溶处理。单级固溶处理的温度为470、475、480 ℃,保温时间分别为1、2、4 h。双级固溶第一级固溶温度为450、460 ℃。第二级固溶温度为475、480、485 ℃。第一级固溶温度和第二级固溶温度的保温时间均为1 h;第一级固溶温度到第二级固溶温度之间为均匀升温1 h。固溶处理结束后,均进行水淬。固溶处理在SX2-12-10程序控制型箱式电阻炉中进行,温度控制在设定温度的±2℃以内。

采用光学显微镜(Axiocert200MAT)、扫描电镜(HITACHI S4800)和能谱仪对合金组织进行观察和分析。金相试样用Keller试剂腐蚀,扫描电镜试样为抛光未腐蚀试样。X射线衍射物相分析采用CuKα射线,衍射角(2θ)为10?~90?。DSC采用NETZSCH STA 409C/CD 分析,升温速度为10 K/min。在MTS-810型试验机上测试合金的室温拉伸性能,拉伸速度为   1 mm/min,试样的取样方向为L向。

 

2  结果与讨论

2.1  合金的挤压态组织

图1所示为7150合金挤压态的立体金相图。由图1(a)可以观察到合金的晶粒沿变形方向被拉长。由图1(b)可以观察到合金中有一些粗大的第二相分布,尺寸在5~30 μm。有研究表明这些粗大第二相是由铸态合金共晶组织在均匀化过程中转变而来的[11-12]。合金中还存在大量细小的第二相,是合金在均匀化处理和热挤压过程中从基体里析出的二次析出相,由XRD分析结果可知其为MgZn2相。

图1  7150合金挤压态的立体金相图

Fig.1  Three-dimensional metallograph of as-extruded 7150 alloy: (a) Lower-magnification; (b) High-magnification

 

图2所示为7150合金挤压态的微观组织。a相为Al2CuMg相,亮度较高的b相在Al2CuMg周围出现,由表1中的能谱结果可以判定富Cu相,可能为Al2Cu相。在挤压过程中,一部分Al2CuMg相向富Cu相转变,这是由于在均匀化和热挤压过程中,Mg原子向周围固溶体扩散,而Cu原子的扩散速率相对较慢,形成了Al2CuMg相向富Cu相的转变。c相为含Fe相,根据能谱结果分析,该相可能是Al7Cu2Fe相。由于本合金的Fe含量较低,故存在的富Fe相数量较少,SEM像证实了这一点。由于含Fe的杂质颗粒在高温下很难溶解,在热加工变形过程中,容易形成沿变形方向断续排列的带状组织。在塑性变形过程中,由于基体与脆性相变形不协调,容易在部分颗粒和基体边界上发生空隙,产生微裂纹,成为宏观裂纹源,对合金的塑性,特别是对合金的断裂韧性有非常不利的影响[13]。d相相对较亮,经能谱分析,可知其为富Zn相。图3所示为合金挤压态的XRD谱。在图3中只发现了Al基体衍射峰以及MgZn2和Al2CuMg相的衍射峰,其它相数量较少,在图谱中没有出现相应的衍射峰。

表1  图2中各相的能谱分析结果

有色金属在线官网  |   会议  |   在线投稿  |   购买纸书  |   科技图书馆

中南大学出版社 主办 版权声明   电话:0731-88830515 88830516   传真:0731-88710482   Email:administrator@cnnmol.com

互联网出版许可证:新出网证(湘)字005号   湘ICP备09001153号