1 引言 超高强铝合金自50年代末期问世以来，由于存在严重的缺口敏感和应力腐蚀等问题，始终未在航空工业上应用。但随着航空技术的不断发展，对结构材料提出越来越高的要求，高强、耐蚀和减重是铝合金用材的发展方向。90年代，Alcoa铝业公司利用合金高纯化和新热处理技术，研制出性能优异的超高强铝合金7055T77，并成功地用于B777飞机结构受力件。掀起了超高强铝合金研究和应用的高潮。资料分析表明［1］，T77专利热处理技术实质上是一种DSA（Desaturation Ageing）缓饱和再时效工艺。
' ?* J5 } r( N. r1 z( E
# b! d h! S4 M, ~# ^6 w2 材料制备与性能测试
2.1 材料制备
$ F6 m* A/ J. H* Q* o 本研究合金的名义化学成分为：7.81%Zn，2.16%Mg，2.26%Cu，0.13%Zr，0.03%Ti。制造工序为半连续铸锭（?φ50mm）→铸锭均匀化→挤压（φ12mm棒）→固溶处理→多级时效。
6 c4 W; W1 V3 N2.2 性能测试和组织分析+ u2 W4 @6 g4 i7 r
选择470℃、480℃、490℃和500℃进行过烧试验，采用金相法测定合金过烧温度。拉伸性能按HB5143－80试验方法测定，应力腐蚀按HB5254－83试验方法测定。用H－800型透射电镜对合金的显微结构进行观察。# @7 B8 {0 c# v# s8 s$ R
( j3 r! L3 D/ O
3 实验结果
3.1 固溶处理温度确定' V u' }6 M7 U/ j
为确定合金固溶处理温度，首先需测定其过烧温度。从图1金相组织看出铸锭480℃有轻微过烧，确定为480℃过烧温度，相应的挤压棒材的固溶处理温度为470℃。
图 1 铸锭过烧试验金相组织（480℃）
2 k3 R& j7 l3 d& W* {9 HFig.1 The optical micrographs of ingot overheat（480℃）
3.2 单级时效时间对电导率的影响, ^2 @. O" H4 B" M4 W
图2所示为本研究采用的120℃单级时效的时间与电导率关系曲线。可以看出，随着时效时间的变化，电导率有一最低点，时间对应约为16h，根据电导率与强度的对应关系，此点对应强度最大值（T6状态），表1中拉伸性能测试结果也表明了这一点。电导率随后升高趋于平缓，考虑电导率与抗蚀性能的对应关系，选择120℃/24h为DSA工艺中T6′制度。
图 2 时效时间与电导率关系曲线
$ I; Z+ B0 M; H- ~8 ]7 }" xFig.2 The curve of ageing time and electrical conductivity
3.3 DSA处理对维氏硬度和电导率的影响) B8 ~8 X l( g: _( U, g4 ~
DSA工艺（T6′＋DS＋T6′）中，缓饱和处理（DS）温度在170～190℃变化时的显微硬度性能示于图3。如图所示，温度较低（170℃），缓饱和处理后的硬度呈先升高随后缓慢下降的趋势；而随着温度升高（180℃，190℃），硬度呈下降趋势，温度愈高，下降速度愈快。再时效处理后，硬度均高出缓饱和处理时的硬度，但随着温度的提高，硬度提高幅度减小。
图 3 不同温度缓饱和处理后显微硬度
0 F" L+ b% F$ b$ V' k" LFig.3 The microhardness of desaturation( ?0 f; @% g7 p
treatment at different temperature
本研究不同的缓饱和与再时效处理的电导率变化趋势相同，即随缓饱和时间延长，电导率升高，且温度越高，电导率升高幅度越大。图4示出170℃缓饱和及再时效处理时的电导率变化。
图 4 170℃缓饱和及再时效处理后电导率变化曲线4 W* j4 }! ^7 \8 c0 P/ S
Fig.4 The curve of electrical conductivity at 170℃ U. A7 y5 }0 \, q! x K4 ?& b
desaturation and reaging treatment
3.4 双级时效对硬度（HV）和电导率的影响
) ~4 c4 U8 n; L Z5 [ 选第一级时效温度为120℃，其时效时间与155℃和165℃第二级时效的显微硬度性能示于图5。如图所示，第一级时效的时间对第二级时效的显微硬度影响不大，155℃不同时间时效的硬度均高于165℃时效的硬度，155℃/9h和155℃/12h时效的硬度高于155℃/15h。155℃不同时间时效的电导率性能示于图6。如图所示，第一级时效时间对电导率的影响不大，第二级时效随时效时间增加，电导率增大。
图 5 不同温度二级时效的显微硬度变化4 ~* G' x* O6 `/ s+ f7 Q
Fig.5 The microhardness of two-step ageing
3 I( h5 W: w$ wat different temperature
图 6 155℃不同时间时效的电导率变化
# ]5 {3 A3 L% j& c1-155℃/15h,2-155℃/12h,3-155℃/9h
7 \& @. a8 Z aFig.6 The curve of electrical conductivity }; K& p+ [+ t* v, W8 I
at 155℃ different time ageing
3.5 DSA和双级时效对室温拉伸和抗应力腐蚀性能的影响
! m6 \- f E0 V8 d) g 缓饱和处理温度在170～190℃变化时和双级时效时的室温拉伸和抗应力腐蚀性能示于下表。表中同时列出T6状态的性能数据。如图所示，DSA处理后，屈服强度又恢复到了T6状态水平，而抗应力腐蚀性能大大提高。双级时效处理相对DSA处理，抗蚀性能相当，室温拉伸性能降低。
表 不同状态合金的性能
! [# m0 ^2 `% fTable The properties of alloy at different temper
| 状 态 | 处理制度 | σb | σ0．2 | δ | SCC(应力/
; H. P# a5 \2 P. v; ]4 c% M! K! f开裂时间)
/ x: y( d( H) ^4 ` k: k/MPa。d－1 |
| /MPa | /% |
| T6 | 120℃/16h | 677 | 630 | 12.6 | 400/19 |
| T6′ | 120℃/24h | 653 | 608 | 15.1 | - |
$ j5 n5 G/ F) H2 z- @/ B4 d
DSA | 170℃/2.5h$ B# R( n g5 E+ F" @
180℃/1.5h
4 u( ]8 n) K+ a190℃/1h | 6475 d+ ~: i1 E9 a5 `5 W1 w
652
9 ?! n1 h7 ~, w1 i' `- x- b567 | 633
' {% Q& F+ n. `4 z [7 W6331 O2 D! f6 f) o$ t% M4 \ G
538 | 13.6; {" X- i3 [7 J, c* O
12.0
0 v, f% O! @) e, l0 @: }9 G* S4 y13.0 | 400/61
" J) q% {4 g* Z4 q-
8 l) s: J: J4 s2 S5 C {* ]- |
双级# V0 o$ |5 b) y- N" E1 M9 v/ L: }5 Q* t
| 120℃/8h＋155℃/12h8 w$ f7 p( p6 k. S
120℃/8h＋155℃/15h | 640+ j2 n, d- d) ^* Y
620 | 619
3 ?% ?' \8 H9 I6 ^9 f0 }- O4 k- t595 | 13.33 d1 C' e; n8 F" D" v6 s# w; }7 d
13.4 | 400/70) p2 }6 T" t2 h8 I8 Q! n
- |
4 结果分析和讨论
& R+ [3 e6 V& ^& G& b4 l! e 按照DSA时效工艺理论，第一阶段强度应明显低于峰值时效强度，只是使合金元素集中形成细的岛分布；第二阶段较高温度时效时，使已形成的岛稳定化，在晶界上元素向岛集中从而减小晶界和晶内的电位差，提高抗腐蚀性能，反映出的显微组织特征为晶界相粗化，间距加大,另一方面，在高温加热下可能使晶内析出新相，即所谓二次硬化，提高合金强度［2］；第三阶段时效，利用残余过饱和度提高强度，而晶界有利相分布保留下来。图7b显示出170℃缓饱和再时效的组织特征，相对峰值时效组织（图7a所示）晶界析出相尺寸明显不同，而晶内组织变化不大。图7c为双级时效的组织特征，是典型的过时效状态组织，晶内和晶界相尺寸均有明显的长大。8 @# k) O' N$ @5 R
从图3、图5和表1的数据分析，DSA处理以170℃和180℃缓饱和温度处理较好，考虑工业化生产厚零件时效时间加长，以170℃为更佳，时效时间可在1～3h之间选择。6 Q0 u6 |7 t1 A! \+ w f
|
}7 s& s; S* c( |0 k
图 7 不同状态TEM照片$ J& g6 n5 x* o( K7 U& _
（a）T6；（b）DSA；（c）双级时效6 F% U i" c' V) ^( c
Fig.7 The TEM micrographs of different temper 8 ^; Q7 a& ?0 _. e$ Q
（a）T6；（b）DSA；（c）two-step ageing
5 结论
（1）本研究合金的固溶处理温度为470℃。
- a2 M- e' z2 n2 ] （2）从强度和抗腐蚀综合性能考虑，所研究的超高强铝合金选用DSA工艺处理更为合理。
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发表于 2010-9-5 20:44:47