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。
! d2 E) c. P' M& Q& k8 v, q* L4 m7 P! ^% w, H0 a2 `
2 材料制备与性能测试
2.1 材料制备. U6 i0 m2 b& [' w0 D7 \1 y! J% z
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。
+ j p8 b1 @6 N, z- C& h; G# Y2.2 性能测试和组织分析
- K+ t' X, l) ^1 | 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。
" i0 j& s; W' m6 v, I' a3 k
& K) O8 _! i9 l: m3 实验结果
3.1 固溶处理温度确定! [: ^7 q( g) `1 a0 t, A: J8 t
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℃）' n1 f2 q% n: ~! R& S2 N2 j1 K0 d
Fig.1 The optical micrographs of ingot overheat（480℃）
3.2 单级时效时间对电导率的影响
& p. S+ S9 o3 w) l( N 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
7 \; m! ]- I- d5 MFig.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+ c9 |) w; \- y$ |3 p
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( r9 @* f1 n+ O: W+ P
Fig.3 The microhardness of desaturation- G. l$ m/ A/ r
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
1 a( s! }" n9 h, iFig.4 The curve of electrical conductivity at 170℃
( ?( }5 y8 ]2 C1 i( }desaturation and reaging treatment
3.4 双级时效对硬度（HV）和电导率的影响! @% i9 b$ z6 j+ Q" [3 O
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* g: k5 I$ q! m
Fig.5 The microhardness of two-step ageing
8 a3 o# F t Q$ ^* b0 Qat different temperature
图 6 155℃不同时间时效的电导率变化* m1 z$ m; E# I( l, \
1-155℃/15h,2-155℃/12h,3-155℃/9h
1 y; I4 M4 K, k( FFig.6 The curve of electrical conductivity: M. }$ X7 N/ e9 v4 C8 }) l6 W, _
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" q' T# f) z& s% g% a0 A
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. C8 e1 \$ g4 J1 h* j" H; t
Table The properties of alloy at different temper
| 状 态 | 处理制度 | σb | σ0．2 | δ | SCC(应力/! r+ P h/ c5 d; u( e7 i
开裂时间)
6 w+ N! _, }5 q5 s/MPa。d－1 |
| /MPa | /% |
| T6 | 120℃/16h | 677 | 630 | 12.6 | 400/19 |
| T6′ | 120℃/24h | 653 | 608 | 15.1 | - |
: J2 M; g3 g* W0 c' F; qDSA | 170℃/2.5h
5 }) x9 q% `% m' H5 d( M180℃/1.5h4 G4 h0 r+ U- E# y" b9 r
190℃/1h | 647) o7 \& d% W. A) f1 c% C( X' M# _8 g
652# _* t' a. X7 j& z5 a5 Z
567 | 633
/ j# x c5 k6 V. s! o6330 Y* R1 e* E0 B' t. N) k5 j
538 | 13.6
- c; F& N( \ }# f12.0* Q |0 u' w8 d% F- }& c
13.0 | 400/61
8 Z5 D2 i B+ b" Q4 n-3 P6 h9 s6 `' M
- |
双级
$ |! H& T8 O. h | 120℃/8h＋155℃/12h& ?+ q& w U# F1 O3 O# K4 M
120℃/8h＋155℃/15h | 640
! ]5 S$ b5 k n" Z" u; n620 | 619
2 \7 Q4 F7 p: b5 h( @8 f595 | 13.3
7 X2 l5 C9 o9 {: ?13.4 | 400/70
" V2 k+ f0 ~6 `" w6 a1 W0 Y# u- |
4 结果分析和讨论
% ^2 g& u4 ~7 _ 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。
$ d" e7 a; k) w6 ~" g 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。, m- z! X9 q- M$ ~
|
; K5 t3 F# h, O' d% @5 f
图 7 不同状态TEM照片# ?0 D q$ I( ]6 g' X4 S; r( C
（a）T6；（b）DSA；（c）双级时效$ J4 G8 B8 {2 h9 }& |- F' \- Y" |
Fig.7 The TEM micrographs of different temper - r( \7 G+ @. Y; R5 `! f* V2 j; S
（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℃。. P2 _+ ]% p) j: I# d0 Y4 E
（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