Al-Zn-Mg-Cu系超高強鋁合金熱處理工藝的研究.docx

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1、Al-Zn-Mg-Cu系超高強鋁合金熱處理工藝的研究在Al-Zn-Mg-Cu系合金中起主要作用的元素是Zn和Mg,若加入Cu能提高合金的塑性、抗應(yīng)力腐蝕性能及重復(fù)載荷下的持久強度。加入微量的Zr可提高合金再結(jié)晶溫度,降低淬火敏感性,該元素有一定的細化晶粒作用,但同時會影響AI-Ti-B的細化效果(即“中毒”)。因此,在合金成份方面,針對其主要元素Zn、Mg、Cu在合金中的作用及對鑄造成型性的影響,合理增減這些元素的含量,盡量降低Fe、Si雜質(zhì)含量,且將Fe/si控制在一定范圍內(nèi),使其最大限度滿足工

2、藝生產(chǎn)和提高產(chǎn)品綜合性能.在對每種合金的化學(xué)成分進行優(yōu)化配比的前提下,進行熔煉(即合金化),熔體凈化及晶粒細化處理,并用鐵模鑄成Φ45x120mm的鑄棒,經(jīng)均勻化處理后,車去表面氧化皮,擠壓成Φ10mm和Φ14mm的小棒材,作為熱處理試驗材料。在整個工藝流程中要做到“三純”:一是Fe、Si等雜質(zhì)含量低;二是氧化物等氧化夾雜低;三是含氫夾雜低。具體的工藝流程如圖2一1所示:鑄造用鑄模及鑄錠加工示意圖見圖2一2:制備試驗材料的主要工藝參數(shù)如下:1.合金化學(xué)成分優(yōu)化:針對合金中主要合金元素和Fe、si雜

3、質(zhì)對鑄造成型性及材料綜合性能的影響,適當(dāng)增減Zn、Mg、uc元素的含量及其之間的比例,盡量降低Fe、Si雜質(zhì)含量,嚴(yán)格控制Fe、Si比。盡量避免產(chǎn)生會嚴(yán)重影響合金的斷裂韌性的(Fe,Cr)Si、(Fe,Mn,Cu)、Cu2Fe,Mg2Si等雜質(zhì)相粗大粒子。2.AI-5Ti-1B晶粒細化劑用量2Kg/t。3.熔體掙化采用N2精煉,使其達到低的含氫量,避免氫致斷裂。4.均熱采用復(fù)合均勻化處理:℃/46h+℃/2h,然后出爐空冷。5.擠壓時,金屬溫度為400~440℃,加熱時間為80min;擠壓筒、模具

4、、墊子的溫度為440~480℃,加熱時間為12h。試樣加工，常規(guī)力學(xué)性能側(cè)試試樣均按國際GB/16865一1997規(guī)定制作,其加工模型及尺寸如圖2-3和表2-2所示;“V”形環(huán)斷裂韌性試樣加工模型及尺寸如圖2-4和表2-3所示,開角應(yīng)保證在60±02°精度內(nèi);電導(dǎo)率試樣和高倍試樣切取長度為25m。試驗設(shè)備：鋁合金熔煉(合金化)采用石墨柑鍋爐(型號:SG2-5-10);鑄錠的均勻化處理采用箱式電阻爐,試驗采用復(fù)合均勻化工藝,加大均勻化處理;熱擠壓在200噸液壓機上進行;試樣預(yù)處理(退火)及固溶在增禍

5、式鹽浴爐(型號:RYG-30-8)中進行;人工時效在電熱鼓風(fēng)箱(型號:101-3)中進行;試樣在C615普通機床上加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣;拉伸試驗在100KN液壓試驗機上進行;高倍組織用日本奧林巴斯PMG3金相顯微鏡觀察;電鏡試驗在Tecnai20透射電子顯微鏡(TEM)進行觀察。在試驗過程中,由于鑄造時冷卻速度快,鑄錠不可能得到完全平衡的組織,其組織會不同程度地偏離狀態(tài)圖所表示的平衡狀態(tài)。鑄態(tài)合金偏離平衡狀態(tài)一般表現(xiàn)在以下幾個方面:基體固溶體成分不均勻,產(chǎn)生晶內(nèi)偏析(枝晶偏析),其組織為樹枝狀;得到過飽

6、和固溶體,由于合金元素來不及從固溶體析出而使部分固溶量處于過飽和狀態(tài)。鑄造合金化學(xué)成分和組織方面的非平衡狀態(tài),將給合金的性能帶來一定的影響。例如,由于非平衡易熔組成物的出現(xiàn),在加熱時將過早發(fā)生過燒現(xiàn)象;晶內(nèi)偏析和多余脆性相的存在往往使塑性明顯降低;粗大的枝晶和嚴(yán)重的枝晶偏析可能在隨后的加工過程中形成帶狀組織,從而會降低合金的綜合性能。復(fù)合均勻化處理原理：對于采用均勻化退火的合金,當(dāng)溫度升高時,擴散系數(shù)增大,擴散過程大大加速.因此為了加速均勻化程度,應(yīng)盡可能提高均勻化退火溫度。通常均勻化溫度為(0.

7、90~0.95)T熔,T熔為鑄錠的實際熔化溫度。7xxx系合金的實際熔化溫度比純鋁低得多,其均勻化溫度多采用450℃。進一步提高退火溫度,晶間和枝晶間的低熔點化合物可能會熔化,導(dǎo)致過燒。很多合金不能采用高溫均勻化退火,為了使組織均勻化過程進行得更迅速、更徹底,且避免過燒,生產(chǎn)中采用分段加熱、保溫的復(fù)合均勻化退火工藝。即先在低于非平衡固相線的溫度下加熱,待非平衡固相線的溫度升高后,再加熱至更高溫度保溫,在此溫度下完成均勻化退火的保溫過程。第一階段均勻化處理主要使固相中的原子充分?jǐn)U散,增加晶粒內(nèi)外成分

8、均勻性,并析出少量第二相,從而使合金固相線更趨于接近平衡狀態(tài)固相線,其過燒溫度也相應(yīng)提高(提高約5~10℃),便于第二階段在更高的溫度下進行均勻化處理;第二階段均勻化處理由于溫度較高,原子擴散更劇烈,樹枝狀偏析將消失,沿晶界分布的非平衡共晶體及其它非平衡相將被溶解,處于飽和狀態(tài)的固溶體還將在保溫過程中析出過剩相,大部分過剩相可能被球化,從而顯著提高合金的塑性和組織穩(wěn)定性。該試驗中，合金的復(fù)合均勻化處理制度均為:450`℃4/h6+460一℃/h2,然后出爐空冷。試樣預(yù)處理：金屬在塑