7xxx系鋁合金時(shí)效熱處理的工藝探究

1、7xxx系鋁合金時(shí)效熱處理的工藝探究張磊東北輕合金有限責(zé)任公司黑龍江哈爾濱150060摘要：木文在實(shí)際研究7xxx系鋁合金熱處理工藝的過程當(dāng)中主要從固溶以 及吋效工藝兩方面著手。在不斷實(shí)踐與應(yīng)用的過程中7xxx系鋁合金熱處理工藝 已經(jīng)取得相當(dāng)明顯的進(jìn)步，但是我們還是不能忽略其中存在的不足與缺陷。必須 在提升重視程度的基礎(chǔ)上客觀分析其中存在的問題，并提出有針對(duì)性的措施與建 議，這對(duì)7xxx系鋁合金熱處理工藝的進(jìn)一步發(fā)展有相當(dāng)重要的作用。關(guān)鍵詞：7xxx系鋁合金；熱處理；固溶；時(shí)效7xxx系鋁合金在al-zn-mg-cu系合金的涵蓋范圉之內(nèi)，比重小、強(qiáng)度高、 加工性能好等是7xxx系鋁合金的明顯優(yōu)

2、勢(shì)與特征，現(xiàn)階段航空航天工業(yè)以及民 用交通工具已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)7xxx系鋁合金的大面積使用。在現(xiàn)代航空航天和交 通事業(yè)不斷進(jìn)步與發(fā)展的過程當(dāng)中7xxx系鋁合金所面對(duì)的要求也越來越高。這 要求我們必須針對(duì)7xxx系鋁合金熱處理工藝規(guī)范進(jìn)行不斷的深化與研究，這是 進(jìn)一步了解熱處理材料工藝的重要手段。一、均勻化工藝促使鑄錠加熱到一定溫度就是均勻化的實(shí)質(zhì)與特征，為在真正意義上促使其 實(shí)現(xiàn)完全溶解的目標(biāo)我們需要在長時(shí)間的保溫后將其冷卻到室溫，這也是過飽和 固溶體的基礎(chǔ)與前提，需要注意的是會(huì)有少量的細(xì)小質(zhì)點(diǎn)在這一過程中析出。單 級(jí)均勻化、二級(jí)均勻化、連續(xù)均勻化和強(qiáng)化均勻化等是現(xiàn)階段均勻化的幾種主要 形式，二

3、級(jí)均勻化和強(qiáng)化均勻化是該項(xiàng)工藝未來發(fā)展的主要趨勢(shì)與方向。在作業(yè) 過程中我們也需要結(jié)合實(shí)際情況科學(xué)選擇上述工藝形式。低熔點(diǎn)元素過燒現(xiàn)象普遍存在于7xxx系鋁合金中，為在真正意義上實(shí)現(xiàn)對(duì) 上述現(xiàn)象的改善我們需要科學(xué)借助單級(jí)均勻化。但是受到加熱溫度較低的影響其 均勻化并不能實(shí)現(xiàn)對(duì)理想效果的獲取。二級(jí)均勻化出現(xiàn)時(shí)間較早，7xxx系鋁合 金中共品相的i古i溶程度之間存在相當(dāng)大的差異，其共品相組成、共晶溫度及共晶 存在的狀態(tài)之間也存在相當(dāng)大的差異，因此二級(jí)均勻化是7xxx系鋁較為適宜的 使用位置。強(qiáng)化均勻主要是利用較高的溫度實(shí)現(xiàn)對(duì)均勻化目的的完成，均勻化時(shí)間在這 一過程中呈現(xiàn)出大幅度延長的趨勢(shì)，相對(duì)來說起

4、均勻化程度較為徹底，這也是改 善材料鑄態(tài)組織的重要手段，在強(qiáng)度方面該種工藝占據(jù)相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)，但是其生 產(chǎn)效率則存在較為明顯的缺陷與不足。二、固溶處理方法為實(shí)現(xiàn)對(duì)過飽和固溶體的獲取我們需要使用7xxx系鋁合金的固溶處理。在 實(shí)際進(jìn)行作業(yè)的過程當(dāng)中硬化溶質(zhì)可實(shí)現(xiàn)與鋁基體的均勻融合，其中主要涉及到 cu、mg、zn和si等。7xxx系鋁合金的過剩相的數(shù)量、品粒尺寸與形態(tài)、強(qiáng)化元 素等也可在這一過程中得到較為徹底的改善。下面我們對(duì)較為常見的固溶處理工 藝進(jìn)行分析。1. 單級(jí)固溶工藝單級(jí)固溶是在不產(chǎn)生過燒的條件下，采用單一的溫度，進(jìn)行固溶處理。通過 同溶處理，將這類菲平衡多相組織盡可能徹底轉(zhuǎn)變?yōu)閕占1溶

5、體組織，充分發(fā)揮合金 元素的有益作用，無疑是提高合金力學(xué)性能的有效途徑。由于沒有發(fā)揮7xxx系 鋁合金的潛在性能，故在材料性能要求比較高的情況下避免使用。2. 強(qiáng)化固溶工藝強(qiáng)化i古i溶處理方法是先在某一溫度下保溫一定時(shí)間，然后以一定的升溫速度 升溫至更高的溫度，保溫后在室溫下冷卻。相對(duì)于單級(jí)固溶而言，隨著固溶時(shí)間 的變化，調(diào)節(jié)固溶溫度，從而使第二相能全部或最大限度地溶入固溶體，又隨著 保溫以快于第二相自固溶體中析岀的速度冷卻，從而獲得過飽和的溶質(zhì)原子和空 位。在7xxx系鋁合金屮，更大程度的達(dá)到過飽和固溶體。三、時(shí)效研究時(shí)效是通過改變7xxx系鋁合金的時(shí)效工藝參數(shù)來改善合金的顯微組織，從 而改

6、善材料綜合性能的一種熱處理工藝。目前國內(nèi)外通常用的有單級(jí)時(shí)效、雙級(jí) 吋效、冋歸吋效和雙峰吋效等。1. 單級(jí)時(shí)效探究單級(jí)時(shí)效(t6)采用單一的溫度，一定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行時(shí)效處理。這一時(shí)效制度 是只單純追求高強(qiáng)度的一種時(shí)效工藝。在一定程度上說強(qiáng)度提高了，但同時(shí)抗應(yīng) 力腐蝕能力必將大大降低。尤其在含有氯的環(huán)境中在厚件的短軸向(st方向)更 為明顯。對(duì)7xxx系鋁合金來說，單級(jí)時(shí)效工藝只與溫度和口寸間兩個(gè)參數(shù)有關(guān)， 一般認(rèn)為溫度起主導(dǎo)作用，溫度越高，達(dá)到的峰值所需的時(shí)間越短，電導(dǎo)率的增 長也越快。但材料的強(qiáng)度與伸長率下降比較明顯，材料的強(qiáng)度、韌性和應(yīng)力腐蝕開裂 (scc)敏感性等受時(shí)效條件的影響特別顯著。

7、7xxx鋁合金中組織參數(shù)的稍微變 化，其性能可發(fā)生大幅度波動(dòng)。很難確定這單一的溫度就是最佳工藝參數(shù)，因而 很難發(fā)揮出7xxx系鋁合金的最佳綜合性能。2. 雙級(jí)時(shí)效探究雙級(jí)時(shí)效是先低溫后高溫兩個(gè)階段。在低溫下主要獲得gp區(qū)為主的細(xì)小沉 淀相，那些能在高溫時(shí)效溫度下穩(wěn)定存在的gp區(qū)優(yōu)先成核轉(zhuǎn)化為j,相當(dāng)于形 核階段。而在后高溫時(shí)段，通過過渡相的沉淀和晶界結(jié)構(gòu)的變化，從而獲得均勻 彌散的mpt和較大不連續(xù)的gbp結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于穩(wěn)定化階段。3. 回歸再時(shí)效探究這是一個(gè)復(fù)雜的組織轉(zhuǎn)變過程，必須對(duì)各個(gè)階段綜合考慮。第一階段：較低 的溫度進(jìn)行預(yù)時(shí)效，達(dá)到峰值時(shí)效狀態(tài)為最好，如果達(dá)不到，只達(dá)到欠時(shí)效或者 過時(shí)效

8、，則最后回歸再時(shí)效達(dá)不到預(yù)期的效果，即強(qiáng)度損失了，抗應(yīng)力腐蝕性能 并沒有多大的提高。因此，第一階段對(duì)后續(xù)工序至關(guān)重要。第二階段：高溫長時(shí)，這對(duì)抗應(yīng)力腐蝕性能和韌性非常有利，但是時(shí)間過長, 很容易導(dǎo)致強(qiáng)度的損失。第三階段：在較低溫度下再時(shí)效，可使抗應(yīng)力腐蝕性能 有所提高，但是強(qiáng)度要損失一點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中是要綜合考慮選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)效時(shí)間 和溫度規(guī)范。四、深冷處理措施與方法7xxx系鋁合金通過i古i溶強(qiáng)化獲得高強(qiáng)、高韌性的同時(shí)，并伴隨著嚴(yán)重的淬 火殘余應(yīng)力，大大降低了航空件的抗scc性能和抗疲勞強(qiáng)度，以及機(jī)械加工尺寸 的不穩(wěn)定性等。鑒于固溶強(qiáng)化木身的工藝特點(diǎn)，很難采用高溫去應(yīng)力退火，也難 以通過機(jī)械拉伸

9、、振動(dòng)或壓縮等應(yīng)力消除方法，因此有學(xué)者獨(dú)辟蹊徑提出了深冷 處理，并在7xxx系鋁合金上運(yùn)用。在深冷介質(zhì)中停留時(shí)間對(duì)應(yīng)力消除效果和機(jī)械性能的影響較小，而在 qcw2oi型高溫有機(jī)介質(zhì)中保溫時(shí)間對(duì)應(yīng)力消除效果和力學(xué)性能的影響很大；a 在第一次深冷急熱循環(huán)中消除了絕大部分殘余應(yīng)力，再增加循環(huán)次數(shù)改進(jìn)效果不 大。雖然眾多學(xué)者已初步得到了較好的熱處理效果，但是深冷處理對(duì)7xxx系鋁 合金材料的組織和性能的影響還處于初期探索階段。另外深冷處理對(duì)7xxx系鋁 合金性能影響的機(jī)理問題還存在諸多爭議，且在這種熱處理規(guī)范下的抗scc性能 提高或者提高多少等方面的研究幾乎沒有相關(guān)報(bào)道。如果該方面的研究一旦有所 突破，將會(huì)大大促進(jìn)深冷處理在7xxx系鋁合金上的應(yīng)用。結(jié)語：對(duì)不同牌號(hào)的7xxx系鋁合金，合理選擇各個(gè)工藝參數(shù)，特別是回歸 再時(shí)效制度的工藝參數(shù)來控制合金的顯微組織，以獲得mpt、gbm和pfz的最佳 配合，使材料的綜合性能，特別是靜強(qiáng)度、