7050铝合金的力学性能及其电导率_马斌.pdf

锻造与冲压 2023.344Manufacture生产 材料7050 铝合金的力学性能及其电导率 文/马斌，肖挺，宣航陕西宏远航空锻造有限责任公司7050 铝合金是美国 Alcoa 公司 20 世纪 70 年代研制的 Al-Zn-Mg-Cu 合金的一种，通过调控7075 铝合金成分发展而来。7050 铝合金中的Zn 和 Mg 可形成时效强化效果很强的 MgZn2相，该相是高强度铝合金的主要强化相，使 7050 铝合金强度大大提高；Cu 能降低晶界与晶内电位差，抑制其沿晶开裂趋势，且 Cu 能扩大 G.P.区稳定温度范围，合金不易发生过时效；Zr 对提高合金的再结晶温度、细化晶粒有良好的效果，而且 Zr 可保持 Zn、Mg、Cu在固溶体中的稳定性，显著降低 7050 铝合金的淬火敏感性。目前，7050 铝合金材料经热处理后，材料的性能很难达到稳定的技术水平，实际生产中经常出现电导率不合格，电导率与强度及应力腐蚀敏感因子无法匹配。因此，寻找热处理过程对电导率的影响因素，锻件电导率与其他性能的匹配情况非常有意义。应用材料及试验方法本文应用美国肯连的 7050 铝合金方料，其标准化学成分如表 1 所示。锻件尺寸。锻件尺寸及有效厚度见表 2。热处理制度如表 3 所示，热处理过程使用设备精度为 3。本文为研究上述问题，立足生产，设计四组试验方案，锻件 A 和锻件 B 热处理制度是固溶温度改变，其余均参数不变；锻件 B、锻件 C 和锻件 D 的质量管理部技术室经理，工程师，主要从事锻件的现场质量的数据分析，提高锻件质量的一致性工作。马斌45 2023.3 Forging&MetalformingManufacture生产 材料热处理制度是二级时效时间依次延长 2h，其余参数不变。试验结果与分析四种热处理制度对锻件电导率的影响7050 铝合金的电导率在固溶、时效过程主要受合金的合金化程度、基体再结晶及溶质的析出影响。本文采用四种热处理制度对锻件进行处理，每件锻件分别选取 5 点位置用涡流式电导仪测量电导率，如表4 所示。在铝合金固溶处理的过程中，主要发生两个过程，分别是过剩相的溶解和基体的再结晶，这也是固溶处理过程对电导率影响的主要因素。过剩相的溶解是使溶质原子最大程度的溶入到基体中，形成过饱和固溶体，为时效过程中的强化相的析出做准备。7050铝合金的合金元素含量高，内部组织较为复杂，合金中共晶相种类繁多。较常见的有 T(AlZnMgCu)、S(Al2CuMg)、(MgZn2)和 Al7Cu2Fe。根据文献介绍，固溶温度为 471时，T 相部分融入基体，但基体中仍有少量S相；477固溶时，合金中仍能检测到S相。在一定范围内，随着固溶温度升高，锻件固溶程度增大。当固溶温度从 471上升到 477时，变形组织减少，再结晶组织增多，且固溶温度越高，其合金再结晶百分数增加越快，此时再结晶对电导率的影响大于溶质原子固溶到基体的影响。对比锻件 B 和锻件 A 的电导率，发现固溶温度从 471上升到 477，电导率是升高的。这是由于固溶温度越高，其再结晶百分数增大较快，此时再结晶对合金电导率影响大于溶质原子固溶到基体的影响，电导率增大。对比锻件 B、C、D 的电导率可以发现，随着二次时效时间延长，锻件电导率依次提高。这是由于时效处理是控制锻件性能的关键热处理工序。7050 铝合金双级时效过程中，其析出序列为：过饱和固溶体 G.P.区 相 相。二级时效时，尺寸较大的 G.P.区向 相转化，随着二级时效时间延长，合金AlZnCuMgSiZrTiFeMnCr其他7050余量5.7 6.72.0 2.61.9 2.6 0.120.08 0.15 0.06 0.15 0.10 0.04 0.15表 1 7050 铝合金化学成分(质量分数，%)锻件尺寸锻件有效厚度550mm295mm174mm174mm表 2 锻件尺寸及有效厚度热处理状态锻件编号固溶冷变形一级时效二级时效T7452A477 6.5h，水冷2%3%121 6h，空冷175 8h，空冷B471 6.5h，水冷2%3%121 6h，空冷175 8h，空冷C471 6.5h，水冷2%3%121 6h，空冷175 10h，空冷D471 6.5h，水冷2%3%121 6h，空冷175 12h，空冷表 3 7050 铝合金 T7452 热处理制度锻件编号测试结果位置 1位置 2位置 3位置 4位置 5A23.0123.1623.1422.9522.99B22.6622.3622.5622.3122.28C23.3523.3223.2923.4223.12D23.5023.5023.8023.6023.60表 4 四组锻件的电导率/(mS/m)锻造与冲压 2023.346Manufacture生产 材料G.P.区含量降低，相含量增多，同时强度下降，电导率上升。四种热处理制度对锻件室拉性能影响经四种热处理制度处理的 7050 铝合金大锻件室拉性能见表 5。对比 A、B 两件锻件的室拉数据，发现固溶温度从 471上升到 477后，锻件强度降低 20MPa 左右。这是由于 7050 铝合金在这个温度范围内，再结晶的影响起主导作用，而再结晶的过程并不完全是晶粒细化的过程，由于时效温度远远低于固溶处理温度，固溶后合金的晶粒形貌及位错组态在时效过程中可能变化较弱，因此若固溶处理后再结晶组织百分数较高，将会使得材料中位错密度降低，从而使合金的强度降低。其中固溶温度为 471的 B 锻件的横向屈服强度过高，会影响锻件应力腐蚀敏感因子 长横向(LT)屈服强度-12 电导率，通常情况下横向屈服强度大于 490MPa，应力腐蚀敏感因子不合格。再对比锻件 B、C、D 的室拉数据，随着二级时效时间的延长，锻件的强度是下降的趋势。但锻件 D的强度已经压线，没有余量，容易出现不合格情况。二级时效过程中，大于临界尺寸的 G.P.区含量增多，进而形成 相，合金发生过时效，合金强度下降。锻件抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/5D(%)试样方向A52148813.0L50344512.54994566.0LT5014766.54864125.0ST4844146.0470/460/450400/385/3608/4/3标准B53850013.5L51947912.552347710.0LT54250010.55074634.5ST5084634.5470/460/450400/385/3608/4/3标准C50241512.5L51142213.05044528.5LT5194716.55014388.5ST5154528.5470/460/450400/385/3608/4/3标准D49141613.5L48941614.047638510.5LT47138711.54643708.5ST4763897.0470/460/450400/385/3608/4/3标准表 5 锻件 A、B、C、D 的室拉性能47 2023.3 Forging&MetalformingManufacture生产 材料锻件电导率与强度及应力腐蚀敏感因子对应关系由于电导率具有测试快、无损和简便的优点，所以，实际生产中可以通过电导率来推测合金的某些力学性能。通过整理汇总以往生产过程的性能数据，现将电导率范围对应的强度性能数据情况整理到表 6。从表 6 可以发现电导率及强度、应力腐蚀敏感因子性能的匹配关系，对于强度要求高的锻件，可以将锻件电导率控制在 22.5 24.5mS/m范围内，对于应力腐蚀因子有要求的锻件，电导率控制在 22.5 23.5mS/m 范围内，锻件的强度及应力腐蚀因子均能符合标准要求。7050 铝合金，随着二级时效时间延长，晶内析出的(MgZn2)平衡相更均匀，且晶界析出相不连续化、粗大化，晶界与基体之间由于电位差引起的电化学腐蚀降低，从而提高了7050 铝合金的抗剥落腐蚀性能。由于随二级时效时间延长，电导率也是提高的，所以在日常生产过程中，在满足强度要求的情况下，可以通过控制稍微偏高的电导率来满足锻件较好的抗剥落腐蚀性能。虽然现在已经发现了铝合金的电导率与其部分力学性能有关联，但还不是十分清楚有些关联的内在联系。因此，还需要大量实际生产数据来分析总结。结论固溶温度从 471升高到 477时，锻件的强度降低，电导率升高。随着二级时效时间延长，锻件的强度降低，电导率增大，抗剥落腐蚀性能提高。电导率控制在 22.5 23.5mS/m 范围内时，可以同时满足锻件对强度及应力腐蚀敏感因子的要求。实际生产过程中可以通过电导率来推测锻件力学性能。抗拉强度范围/MPa屈服强度范围/MPa试样方向电导率范围/（mS/m）500 552490 507L22.5 24.5498 542462 506LT480 510403 474ST495 535490 510L22.5 23.5481 530409 487LT473 505370 446ST表 6 强度与电导率数据汇总上身穿的短衣和下身束的裙子合称襦裙，是典型的“上衣下裳”衣制。襦裙出现在战国时期，兴起于魏晋南北朝。襦裙