7056铝合金热处理工艺与组织性能研究

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7056铝合金是2004年法国科学家研发出的一种很有前途的合金,与此前美国Aloca公司研发的王牌铝合金→7055铝合金相比,其显著增加了Zn的含量,并降低了Mg, Cu的含量,即增大了Zn/Mg比,同时更进一步的精炼了合金的杂质,降低了Fe、Si、Mn等杂质对合金性能的不利影响,使该合金具有高强度、高断裂韧性以及耐应力腐蚀等特点,将在航空航天领域应用广泛。目前,我国第四代战斗机以及在研型号军机的材料升级都希望采用T77和T79状态的7xxx系铝合金,特别是随着我国大飞机和新型军用运输机的研制,对这种先进铝合金(如7056-T7951,7055-T77)的需求更为迫切,而国内对7056铝合金这种具有高Zn/Mg比的新型7xxx合金的研究还未起步,因而对其开展的研究将十分有意义。本文借助金相显微镜、扫描电镜和透射电镜等微观组织观察手段,以及力学性能测试、电导率测试、慢应变速率拉伸等实验方法,对7056铝合金的均匀化工艺、多级时效制度进行了研究,并着重探讨了Zn/Mg比对该合金单级时效特性的影响。同时,还研究了不同时效制度对合金的微观组织、力学性能及抗应力腐蚀性能的影响,得到了以下结论:(1)7056铝合金铸态组织中枝晶偏析和区域偏析比较严重,在枝晶和晶界上有大量呈连续网状分布的非平衡共晶相,并存在着大量η(MgZn2)相和少量T(Al2Mg3Zn3)相、S(Al2CuMg)相及Al6(FeCu)杂质相等金属间化合物。(2)适合于7056铝合金的单级均匀化工艺为455℃/24h,在该均匀化退火后,合金组织中枝晶偏析和区域偏析等非平衡偏析已基本消除,粗大的呈连续网状分布的共晶相也基本消失,但仍残留有少量骨骼状共晶化合物。更为理想的均匀化工艺为455℃/24h+465℃/4h双级均匀化制度,在该均匀化退火后,合金组织中残留的共晶相也基本溶解,合金成分更为均匀。(3)7056铝合金有着极快的时效响应速度,时效温度越高,合金时效响应速度越快;该合金在105℃和150℃时效仅1h,其硬度分别升至188.3HV和206.2HV,已达到其峰值硬度的87.4%和97.2%。适合于7056铝合金的最佳T6峰时效制度为120℃时效12h,对应的硬度、电导率、抗拉强度和屈服强度分别为226.7HV、27.8%LACS、658.9MPa和571.3MPa。(4)Zn/Mg比的增加并不会改变合金的沉淀相析出序列,但会加快沉淀相的析出过程,同时增加合金进入过时效的熟化速度,尤其是在较高温过时效(135℃、150℃)后表现得更为明显;在同等实验条件下,合金成分中ZnMg比越高,其沉淀相析出与熟化速度越快,合金的力学性能越低,但对其电导率有利。(5)最佳的低温→高温双级时效工艺为:120℃/4h+165℃/8h。在该热处理状态下,合金组织中的沉淀相以η’相和η相为主,并有少量G.P Ⅱ区,其硬度、电导率、抗拉强度和慢应变拉伸强度损失率分别为176.8HV、34.8%IACS、559.3MPa和0.6%。(6)高温→低温时效的双级时效处理,能在进一步提高合金电导率的基础上,仍然保证合金具有接近T6峰时效的强度。该时效制度的关键是高温时效阶段。适合于7056铝合金先高温后低温的双级时效工艺为:155℃/2h+125℃/24h。在该热处理状态下,合金组织中的沉淀相以η’相为主,并有少量G.PⅠ区和G.P Ⅱ区,其硬度、电导率、抗拉强度和慢应变拉伸强度损失率分别为204.0HV、30.3%IACS>650.6Mpa和12.7%。(7)在三级时效处理中,回归温度与回归时间对合金的性能影响很大,回归温度越高,合金到达回归过程中硬度谷底和硬度峰值的时间越短;回归时间越长,合金的力学性能越低,但对其电导率有利。(8)适合于7056铝合金的三级时效热处理制度为:a.120℃/4h+180℃/40min+120℃/12h,其硬度、电导率、抗拉强度和慢应变拉伸强度损失率分别为202.1HV>31.4%IACS>636.7MPa和8.5%。b.120℃/12h+190℃/25min+120℃/12h,其硬度、电导率、抗拉强度和慢应变拉伸强度损失率分别为195.9HV、32.2%IACS、630.4MPa和6.7%。(9)相比于T6峰时效处理,7056铝合金经多级时效处理后,形成的粗大、断续的晶界析出相形貌不同程度的改善了合金的抗应力腐蚀能力,其中经120℃/4h+165℃/8h处理后合金的抗应力腐蚀性能最好。
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