简介概要

高温预析出对Al-Zn-Mg铝合金组织、力学性能和应力腐蚀性能的影响

来源期刊:中国有色金属学报2005年第5期

论文作者:黄兰萍 陈康华 李松 刘红卫

文章页码:727 - 733

关键词:Al-Zn-Mg合金; 近固溶度预析出; 组织; 力学性能; 应力腐蚀性能

Key words:Al-Zn-Mg aluminum alloy; near-solvus pre-precipitation; microstructure; mechanical property; stress corrosion cracking

摘    要:研究了近固溶度高温预析出工艺对抗应力腐蚀性能较差的中强可焊7A52和仿7039合金的组织、 时效硬化和应力腐蚀性能的影响。 显微组织观察、 力学性能分析及应力腐蚀性能测试结果表明: 近固溶度高温预析出处理可使合金在晶界形成不连续的析出相; 在保持合金强度、 塑性的同时, 预析出可提高抗应力腐蚀性能, 但预析出温度过低, 合金强度呈下降趋势; 固溶后于400 ℃预析出处理在峰值时效状态下可使7A52铝合金强度和抗应力腐蚀性能得到最佳组合, 抗应力腐蚀性能达到三级时效后的效果。

Abstract: The effects of near-solvus high-temperature pre-precipitation on the microstructure, age hardening and stress corrosion cracking of 7A52 and quasi 7039 aluminum alloys were investigated. After analyzed by optical and transmission electron microscope, it is shown that the near-solvus pre-precipitation can be limited to grain boundary and can enhance the discontinuity of grain boundary precipitates in the sequent age. The stress corrosion cracking resistance can be improved with non-deteriorated strength and plasticity via the high-temperature pre-precipitation. The optimum combination of strength and stress corrosion cracking resistance in peak-aging temper can be obtained for 7A52 alloy after pre-precipitation treatment at 400 ℃. The stress corrosion cracking resistance at peak-aging temper can match the same effect with retrogression and re-aging Treatments by the high-temperature pre-precipitation.

基金信息:国家自然科学基金资助项目



详情信息展示

文章编号: 1004-0609(2005)05-0727-07

高温预析出对Al-Zn-Mg铝合金组织、

力学性能和应力腐蚀性能的影响

黄兰萍, 陈康华, 李 松, 刘红卫

(中南大学 粉末冶金国家重点实验室, 长沙 410083)

摘 要: 研究了近固溶度高温预析出工艺对抗应力腐蚀性能较差的中强可焊7A52和仿7039合金的组织、 时效硬化和应力腐蚀性能的影响。 显微组织观察、 力学性能分析及应力腐蚀性能测试结果表明: 近固溶度高温预析出处理可使合金在晶界形成不连续的析出相; 在保持合金强度、 塑性的同时, 预析出可提高抗应力腐蚀性能, 但预析出温度过低, 合金强度呈下降趋势; 固溶后于400℃预析出处理在峰值时效状态下可使7A52铝合金强度和抗应力腐蚀性能得到最佳组合, 抗应力腐蚀性能达到三级时效后的效果。

关键词: Al-Zn-Mg合金; 近固溶度预析出; 组织; 力学性能; 应力腐蚀性能 中图分类号: TG249.9

文献标识码: A

Effect of high-temperature pre-precipitation on microstructure, mechanical property and stress corrosion cracking of Al-Zn-Mg aluminum alloy

HUANG Lan-ping, CHEN Kang-hua, LI Song, LIU Hong-wei

(State Key Laboratory of Powder Metallurgy, Central South University,

Changsha 410083, China)

Abstract: The effects of near-solvus high-temperature pre-precipitation on the microstructure, age hardening and stress corrosion cracking of 7A52 and quasi 7039 aluminum alloys were investigated. After analyzed by optical and transmission electron microscope, it is shown that the near-solvus pre-precipitation can be limited to grain boundary and can enhance the discontinuity of grain boundary precipitates in the sequent age. The stress corrosion cracking resistance can be improved with non-deteriorated strength and plasticity via the high-temperature pre-precipitation. The optimum combination of strength and stress corrosion cracking resistance in peak-aging temper can be obtained for 7A52 alloy after pre-precipitation treatment at 400℃. The stress corrosion cracking resistance at peak-aging temper can match the same effect with retrogression and re-aging Treatments by the high-temperature pre-precipitation.

Key words: Al-Zn-Mg aluminum alloy; near-solvus pre-precipitation; microstructure; mechanical property; stress corrosion cracking

                    

与其他铝合金相比, Al-Zn-Mg合金强度高、 焊接性优良, 已被广泛应用于地面车辆、 军用设施、 航空航天器等。 但Al-Zn-Mg合金对应力腐蚀(SCC)敏感, 制约了其应用潜力的进一步发挥[1-5]

高强可焊耐蚀是Al-Zn-Mg合金发展的方向。 目前, 为提高焊接用Al-Zn-Mg系铝合金的综合性能, 人们从两方面进行了大量研究[6-13]。 一是从合金化角度出发, 调整主元素Zn、 Mg含量及添加对合金抗应力腐蚀性能有益的微量元素; 二是开发新的热处理工艺调控晶界析出相的尺寸和分布的连续性, 提高Zn、 Mg含量高的合金的抗应力腐蚀性能。

美国Alcoa公司的专利T77制度是一种新型热处理工艺制度[14-16], 它包括三阶段时效处理: 首先在较低温度时效若干小时, 使合金接近峰值时效状态, 然后进行高温短时回归处理, 最后再进行一次峰时效处理, 使合金具有最佳的强度、 韧性和抗蚀性的结合。 该制度可使合金晶内析出呈峰时效状态, 晶界析出呈过时效状态, 强度和耐蚀性结合良好, 但该制度在高温的回归时间太短, 难以应用到大尺寸产品中, 工业生产受到一定限制[17]; 其次, 它是针对高强Al-Zn-Mg-Cu合金开发的, 若将其应用于合金化程度较低的Al-Zn-Mg可焊合金中, 会存在回归不彻底和合金强度显著下降的问题。

7A52合金是20世纪80年代研制的中强可焊铝合金, 其成分与性能和美国7039、 前苏联1911相当, 具有较高的比强度、 较好的断裂韧性(KIc)和抗低周疲劳性能。 作为炮架和装甲结构件, 被广泛应用于兵器工业领域。 考虑其应用环境, 在保证强度的同时改善抗应力腐蚀性能是必要的。 本文作者研究了7A52及仿7039铝合金经近固溶度预析出处理, 即在高温近固溶度条件下在晶界产生预析出, 然后改变随后时效中晶界和晶内的析出状态, 以改善合金的综合性能, 尤其是抗应力腐蚀性能。

1 实验

实验用合金为西南铝加工厂生产的7A52板材(厚10mm)和自制仿7039板材(厚6mm), 其化学成分见表1。 自制仿7039板材是在美国7039合金基础上用Zr代Cr, 加入微量Cu。 采用99.99%高纯铝为原料, 合金的熔炼在坩埚炉中进行, 合金元素Mn、 Zr和Cu以中间合金加入, 温度控制在720~760℃, 熔化后加入质量为熔体总量0.2%~0.4%(质量分数)的六氯乙烷(C2Cl6)精炼, 静置10~15min后浇入铁模中, 铸锭均匀化和铣面后经热轧和冷轧后成6mm板材。

板材先在470、 480℃各保温30min, 再逐渐升温到490℃保温2h固溶后, 分别缓慢降温(降温速度为0.5℃/min)至不同温度进行预析出处理后水淬。 之后进行峰值时效(120℃、 24h)或三级时效(120℃、 24h+180℃、 3h+120℃、 24h)。 各试样热处理工艺参数见表2。

表1   实验用7A52和仿7039合金名义成分

Table 1   Nominal chemical composition of 7A52 and quasi 7039 aluminum alloys (mass fraction, %)

表2   7A52和仿7039合金热处理工艺参数及硬度、 拉伸性能

Table 2   Technic parameters and mechanical properties of 7A52 and quasi 7039 alloys

用HRBVU-187.5型布洛维光学硬度计测定洛氏硬度, 取5个位置平均值; 拉伸试验在CSS-44100型电子拉伸机上进行, 取3个拉伸样平均值。

应力腐蚀性能测试采用DCB试样, 实验参照GB12445.1-90《高强度合金双悬臂试样应力腐蚀实验方法》进行。 实验介质为3.5%NaCl水溶液, 溶液温度控制在(35±1)℃。 试样板材按高向切口, 裂纹沿S-L方向扩展(即KISCC最小的方向), 用读数显微镜跟踪测量两表面裂纹扩展长度和相应时间。 在裂纹扩展速率小于或等于10-9m/s时停止试验。 由每个测量相应的应力强度因子KI可计算为

式中 v为加载位移, mm; E为弹性模量, GPa; h为试样的半高度, mm。 绘出应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt-KI曲线。 实验满足B≥2.5(KI0.2)2和 (1-a)≥2.5(KI0.2)2判据条件。

采用光学显微镜观察预析出前后组织, 用JEOL-2010透射电子显微镜观察合金预析出前后晶内和晶界析出相的分布状态, 在X-650型扫描电镜上对拉伸断口进行观察分析。

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