简介概要

均匀化处理对7055合金硬度和电导率的影响

来源期刊：稀有金属2004年第1期

论文作者：李杰王涛黄继武尹志民

关键词：7055铝合金; 均匀化; 布氏硬度; 电导率;

摘要：用硬度和电导率测量、金相和X射线衍射物相分析技术研究了超高强7055铝合金在不同均匀化处理工艺条件下组织和性能的变化规律. 实验结果表明, 在400 ℃以下均匀化, 合金硬度降低, 电导率则升高; 400 ℃以上均匀化, 合金的硬度先升而后降, 合金的电导率则单调下降. 金相和X射线物相分析的结果表明, 400 ℃以下均匀化, 半连续激冷铸造得到的过饱和固溶体分解析出平衡相, 基体过饱和程度下降导致合金的硬度下降而电导率上升; 400 ℃以上均匀化, 一方面, 枝晶偏析逐渐消除, 另一方面, 析出的平衡相又回溶到固溶体基体中, 基体过饱和程度增大, 合金的硬度增加而电导率则随之下降. 均匀化温度愈高, 平衡相溶解愈充分, 合金的电导率下降愈多. 与此同时, 合金晶粒粗化, 合金的硬度又随之下降. 综合分析的结果表明, 450 ℃/24 h是较为理想的均匀化处理工艺.

稀有金属 2004,(01),175-178 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2004.01.043

均匀化处理对7055合金硬度和电导率的影响

尹志民李杰王涛

中南大学材料科学与工程学院,中南大学材料科学与工程学院,中南大学材料科学与工程学院,中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083 ,湖南长沙410083 ,湖南长沙410083 ,湖南长沙410083东北轻合金有限责任公司,黑龙江哈尔滨150060

摘要：

用硬度和电导率测量、金相和X射线衍射物相分析技术研究了超高强 70 5 5铝合金在不同均匀化处理工艺条件下组织和性能的变化规律。实验结果表明 , 在 40 0℃以下均匀化 , 合金硬度降低 , 电导率则升高 ;40 0℃以上均匀化 , 合金的硬度先升而后降 , 合金的电导率则单调下降。金相和X射线物相分析的结果表明 , 40 0℃以下均匀化 , 半连续激冷铸造得到的过饱和固溶体分解析出平衡相 , 基体过饱和程度下降导致合金的硬度下降而电导率上升 ;40 0℃以上均匀化 , 一方面 , 枝晶偏析逐渐消除 , 另一方面 , 析出的平衡相又回溶到固溶体基体中 , 基体过饱和程度增大 , 合金的硬度增加而电导率则随之下降。均匀化温度愈高 , 平衡相溶解愈充分 , 合金的电导率下降愈多。与此同时 , 合金晶粒粗化 , 合金的硬度又随之下降。综合分析的结果表明 , 45 0℃ /2 4h是较为理想的均匀化处理工艺

关键词：

7055铝合金;均匀化;布氏硬度;电导率;

中图分类号： TG156

收稿日期：2003-09-10

基金：国家重点基础研究项目 (G19990 64 911);

Effect of Homogenization Treatment on the Hardness and Electroconductivity of 7055 Alloy

Abstract：

The microstructures and properties of ultra high strength 7055 aluminum alloy at different homogenization treatment condition were studied bi hardness ( HB ) , electroconductivity ( δ ) measurement, optical metallography (OM) and XRD analysis. The results show that when homogenization temperature is below 400 ℃, the hardness of the alloy decreases but electro conductivity increases; When homogenization temperature is above 400 ℃, the HB of the alloy increases at beginning and then decreases, but the δ value of the alloy decreases. OM and XRD analysis shows that the change of hardness and electroconductivity of the alloy during homogenization is corresponding to the variety of the microstructures. When the alloy is homogenized below 400 ℃, the super saturated solid solution in as cast alloy decomposed and equilibrium phases, η and S precipitated at beginning, then re solutioned into the matrix again. The degree of supersaturation in the matrixes decreases insulted in the hardness decrease and δ value increase. When the alloy is homogenized above 400 ℃, the dentrite segregation is removed gradually. All the same time the equilibrium phases resolve into the solution matrixes, owing to the increase of degree of supersaturation, the hardness of the alloy increases, but the electro conductivity decreases. When the homogenization temperature increases further, more equilibrium phases are dissolved and the matrix, and the conductivity of the alloy decreases. To a more extent at the same time, the grain size grows up and hardness of the alloy decreases. Comprehensive analysis shows that the appropriated homogenization treatment processing should be at 450 ℃ for 24 h.

Keyword：

aluminum alloy; homogenization; hardness; electrical conductivity;

Received： 2003-09-10

7055铝合金是航天航空新一代轻质高强结构材料。美国Alcoa公司生产的7055-T77合金板材强度比7150的高出10%, 比7075高出30%, 是目前变形铝合金中强度最高的合金, 而且断裂韧性好, 抗疲劳裂纹扩展能力强 ^[1,2] 。 7055超高强铝合金采用半连续铸造方法, 铸造时冷却速度快, 铸锭组织会不同程度地偏离平衡状态。由于冷却速度快, 合金元素来不及从固溶体中析出而使合金基体处于过饱和状态。此外, 还有明显的枝晶偏析。铸造合金化学成分和组织方面的不均匀性将使合金在加热时发生过烧现象, 枝晶偏析和多余脆性相的存在, 在随后的加工过程中形成带状组织, 使合金的塑性明显降低 ^[3,4,5] 。铝合金铸锭均匀化处理的研究已有许多报道 ^{[6,7,8,9,10,11,12]} 。但7055合金的均匀化研究还不多见。本工作研究不同均匀化处理工艺条件下, 铸锭组织和性能的变化规律, 旨在为7055铝合金铸锭均匀化工艺的制订提供理论和实验依据。

1 实验方法

1.1 实验合金

实验合金铸锭由东北轻合金有限责任公司提供, 半连续铸锭直径为160 mm, 合金成分为Al-8Zn-2.8Mg-2.5Cu-0.12Zr。铸锭在468.25和620.85 ℃处有吸热峰, 前者相应于低熔点共晶组织的熔化温度, 后者为合金的熔化温度。

1.2 均匀化处理

将铸锭分割成12 mm×12 mm×15 mm的小块试样, 分别在300, 360, 400, 450, 470, 490 ℃下进行均匀化处理, 均匀化处理时间为2, 4, 8, 12, 16, 20, 24, 28, 32, 36 h。均匀化处理在盐浴中进行, 盐浴的组成为50%硝酸纳+50%硝酸钾。为了保持均匀化处理状态的组织和性能, 均匀化处理后水冷。

1.3 组织性能测试

用布氏硬度计和电导仪测试不同处理态合金的硬度和相对电导率, 随后观察合金的金相显微组织变化, 采用X射线衍射方法研究了不同处理态合金的物相组成及其变化规律。

2 实验结果

2.1 不同均匀化处理条件下合金的硬度和电导率

图1显示了不同处理态合金的布氏硬度, 其中时间为0的点表示未经处理的铸态合金的硬度, HB为116。经不同温度均匀化处理后, 合金的硬度变化表现为两种趋势。在低于400 ℃的温度下均匀化, 合金硬度降低, 温度越低, 硬度越低; 400 ℃以上均匀化, 合金硬度表现出先升高后降低的趋势, 均匀化温度为450 ℃时, 合金硬度最高。

图2显示了不同处理态合金的电导率变化。时间为0的点表示未经处理的铸态合金电导率, 相对电导率为31%IACS。图2表明, 合金的电导率变化趋势刚好与硬度变化的趋势相反。 400 ℃以下温度均匀化, 合金的电导率升高, 其中300 ℃时的电导率最高; 在400 ℃以上温度均匀化, 合金的电导率下降。

2.2 不同均匀化处理条件下的合金金相组织

图3是不同处理态的金相照片。图3表明, 7055合金铸锭为明显的枝晶组织, 枝晶间存在着较为粗大的平衡相。随均匀化温度的提高, 枝晶逐渐消失, 枝晶间的平衡相逐渐回溶到基体固溶体中。 470 ℃以上温度均匀化, 合金晶界上出现了少量过烧的组织。

图1 不同均匀化处理态的合金硬度

Fig.1 Hardness of the studied alloy of different homogenization treatments

图2 不同均匀化处理态合金的导电率

Fig.2 Electrical conductivity of the studied alloy at different homogenization treatment

图3 不同均匀化处理态的金相组织

Fig.3 Optical microstructures at different homogenization treatment condition

(a) 铸态; (b) 300℃/24 h; (c) 450℃/24 h; (d) 490℃/24 h

2.3 不同均匀化处理条件下合金的物相结构

图4是不同处理态合金的XRD物相分析图谱。 XRD分析结果表明, 铸态合金的相组织结构为固溶体基体α (Al) 及少量的平衡相η (MgZn₂) 。在400 ℃以下温度均匀化, 合金中的η相和S (Al₂CuMg) 相含量先增加后降低, 400 ℃以上温度均匀化, 合金中的η和S相又回溶到固溶体基体中。

图4 不同处理态合金的XRD图谱

Fig.4 RXD analysis of studied alloy at different homogenization treatment condition

3 分析与讨论

3.1 均匀化温度对合金组织的影响

图3结果表明, 7055半连续铸造的合金铸态金相组织为树枝状, 枝晶间隙处存在粗大的平衡相。均匀化处理过程中, 合金的显微组织结构发生两方面的变化: 一方面, 400 ℃以下均匀化, 非平衡的过饱和固溶体基体先是析出平衡相η和S, 400 ℃以上均匀化, 这些平衡相又回溶到固溶体基体中 (图4) ; 另一方面, 铸锭凝固时枝晶间存在的粗大平衡相逐步溶解, 450 ℃枝晶基本消失, 450 ℃以上均匀化晶粒显著粗化。

3.2 均匀化处理对合金硬度和电导率的影响

7055合金的相组织结构为固溶体基体α (Al) 、第二相η (MgZn₂) 和S (Al₂CuMg) 相, 合金的强度与基体的过饱和程度、第二相的粒度、粒形和物相结构密切相关。铸态条件下, 合金的物相结构为非平衡的过饱和固溶体和枝晶间粗大的平衡第二相。由于过饱和程度高, 合金的硬度也高, 电导率则较低; 400 ℃以下均匀化, 过饱和固溶体分解, 析出第二相, 由于析出温度较高, 析出的是平衡第二相。这种平衡相的析出对合金硬度没有明显的提高, 相反, 由于基体固溶度降低, 合金硬度下降, 而合金电导率随之上升。 400 ℃以上均匀化的合金, 由于η相和S相逐渐地溶入基体固溶体, 合金的硬度升高。 450 ℃均匀化的样品, 由于枝晶基本上消除, 粗大的平衡相已全部回溶入基体固溶体中, 从而使合金的硬度升到最高。均匀化温度继续升高, 合金的晶粒显著粗化, 合金的硬度也随之降低。与此同时, 合金的电导率则发生相反的方向变化。 400 ℃以上均匀化, 随平衡相回溶到基体中, 固溶体过饱和程度增加, 对电子散射能力也增大, 合金的电导率显著降低。