雙級(jí)時(shí)效對(duì)1933鋁合金鍛件組織和性能的影響

張新明，歐軍，劉勝膽，徐敏，游江海

雙級(jí)時(shí)效對(duì)1933鋁合金鍛件組織和性能的影響

張新明1,2，歐軍1,2，劉勝膽1,2，徐敏1,2，游江海1,2

(1. 中南大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙，410083；2. 中南大學(xué) 有色金屬材料科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙，410083)

采用電導(dǎo)率測(cè)試、常溫力學(xué)性能測(cè)試、慢應(yīng)變速率拉伸、透射電鏡和正交試驗(yàn)等手段，研究雙級(jí)時(shí)效對(duì)1933鋁合金鍛件力學(xué)性能、抗應(yīng)力腐蝕性能及微觀(guān)組織的影響。研究結(jié)果表明：與T6態(tài)相比，通過(guò)合適的雙級(jí)時(shí)效制度(110 ℃/6 h+160 ℃/8 h或120 ℃/12 h+160 ℃/6 h)，鍛件的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別下降3.8%和1.0%，電導(dǎo)率卻提高了19.5%，抗應(yīng)力腐蝕性能顯著提高。雙級(jí)時(shí)效中第2級(jí)時(shí)效溫度是控制鍛件性能的關(guān)鍵因素，通過(guò)合理的雙級(jí)時(shí)效制度，機(jī)體中的沉淀相細(xì)小彌散，晶界上的η相粗大且不連續(xù)，使得鍛件具有良好的綜合性能。

1933鋁合金鍛件；時(shí)效；力學(xué)性能；抗應(yīng)力腐蝕性能；微觀(guān)組織

7×××系鋁合金具有高的比強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于航空領(lǐng)域[1]。但其抗應(yīng)力腐蝕性能(SCC，Stress corrosion cracking)較低[2?3]。采用不同時(shí)效工藝調(diào)控晶內(nèi)及晶界析出相，可提高合金的綜合性能。若通過(guò)回歸再時(shí)效(RRA，Retrogression and reaging)處理[4]，則合金在保持較高強(qiáng)度的同時(shí)，還具有較好的抗應(yīng)力腐蝕性能。但 RRA處理的回歸溫度區(qū)間窄，時(shí)間短，難以適應(yīng)工廠(chǎng)厚件的生產(chǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，時(shí)效熱處理往往采用雙級(jí)時(shí)效制度(T7X)，如大型鋁合金鍛件的時(shí)效熱處理制度以T73和T76最為典型[5]。7×××系鋁合金是析出強(qiáng)化型的鋁合金，一般認(rèn)為其析出序列為[6?9]：過(guò)飽和固溶體—GP區(qū)—亞穩(wěn)相η′—平衡相η(MgZn2)，其中亞穩(wěn)相η′起主要強(qiáng)化作用。在沉淀析出相的早期階段，GP區(qū)和亞穩(wěn)相η′形成。在析出后期，主要發(fā)生亞穩(wěn)相向平衡相轉(zhuǎn)變以及平衡相的粗化。準(zhǔn)確控制時(shí)效過(guò)程中沉淀相的析出，特別是沉淀相的尺寸、分布、體積分?jǐn)?shù)、晶界的析出相形貌和無(wú)沉淀析出帶等對(duì)獲得優(yōu)良的力學(xué)性能及抗應(yīng)力腐蝕性能具有重要意義[10]。1933鋁合金是一種高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu合金，具有很高的強(qiáng)度、斷裂韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能，尤其具有很好的淬透性，在航空領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，俄羅斯大部分飛機(jī)的接頭件及隔框都采用 1933大型鍛件[11?12]。為達(dá)到合金高強(qiáng)度與抗應(yīng)力腐蝕的最佳匹配，時(shí)效處理工藝是關(guān)鍵的因素。本文作者通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)法[13]研究時(shí)效工藝對(duì) 1933鋁合金大型鍛件力學(xué)性能微觀(guān)組織的影響，并通過(guò)慢應(yīng)變速率拉伸來(lái)評(píng)價(jià)抗應(yīng)力腐蝕性能。同時(shí)，針對(duì)合金 T6態(tài)強(qiáng)度高而抗應(yīng)力腐蝕性能差和T73態(tài)抗應(yīng)力腐蝕性能好但強(qiáng)度低的問(wèn)題，研究出一種使合金強(qiáng)度與抗應(yīng)力腐蝕性能匹配的雙級(jí)時(shí)效工藝，為實(shí)際生產(chǎn)優(yōu)化時(shí)效工藝參數(shù)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)及材料

實(shí)驗(yàn)材料為1933鋁合金鍛件，其名義成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))如表1所示。

表1 1933鋁合金鍛件的名義成分Table 1 Nominal compositions of 1933 aluminum alloy forging %

首先對(duì)1933鋁合金鍛件于470 ℃/100 min進(jìn)行固溶處理和室溫水淬，然后進(jìn)行后續(xù)時(shí)效熱處理。采用正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)雙級(jí)時(shí)效熱處理的 4個(gè)工藝因素(一級(jí)時(shí)效時(shí)間T1與溫度t1，二級(jí)時(shí)效時(shí)間T2與溫度t2)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，L9(34)正交實(shí)驗(yàn)方案如表2所示。同時(shí)將2組樣品分別進(jìn)行 T6單級(jí)時(shí)效(120 ℃/24 h)和T73雙級(jí)時(shí)效 (110 ℃/12 h+180 ℃/6 h)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

1933鋁合金鍛件的力學(xué)性能在CSS—44100萬(wàn)能材料力學(xué)拉伸機(jī)上測(cè)試，取樣方向?yàn)殄憠哼^(guò)程中金屬的主流動(dòng)方向，拉伸速度為2 mm/min。合金電導(dǎo)率(E)測(cè)量按GB/T12966標(biāo)準(zhǔn)在渦流電導(dǎo)儀7501型上進(jìn)行。根據(jù)GB/T 15970.7?2000，采用慢應(yīng)變速率拉伸(SSRT)試驗(yàn)來(lái)評(píng)定抗應(yīng)力腐蝕性能，試樣標(biāo)距為20 mm，拉伸應(yīng)變速率 5×10?6s?1，取樣方向?yàn)楦呦?即鍛壓方向)，實(shí)驗(yàn)在Letry微應(yīng)變速率拉伸機(jī)上進(jìn)行。慢應(yīng)變速率拉伸試樣分為2組：一組試樣在3.5% NaCl水溶液中進(jìn)行，另一組參考試樣在空氣中進(jìn)行。所有實(shí)驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行。通過(guò)TECNAI G220分析電鏡，觀(guān)察合金中析出相的尺度、形貌和分布等。加速電壓為200 kV。

表2 雙級(jí)時(shí)效工藝正交實(shí)驗(yàn)方案Table 2 Orthogonal test of the two-step aging

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 力學(xué)性能與電導(dǎo)率

時(shí)效制度對(duì)合金力學(xué)性能與電導(dǎo)率的影響如表 3所示。對(duì)于1933鋁合金鍛件，雙級(jí)時(shí)效主要是要在保持較高強(qiáng)度的同時(shí)提高合金的抗應(yīng)力腐蝕性能。一般而言，電導(dǎo)率越高，抗應(yīng)力腐蝕性能越好。7×××系鋁合金要具有較好的抗應(yīng)力腐蝕性能，電導(dǎo)率一般要求大于22.04 MS/m[14]。

從表3可以看出：T6態(tài)合金的強(qiáng)度最高，但電導(dǎo)率最低，說(shuō)明該時(shí)效狀態(tài)下合金的抗應(yīng)力腐蝕性能最差。相對(duì)于 T6態(tài)，合金經(jīng)過(guò)雙級(jí)時(shí)效后其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度(除 8號(hào)外)均有所下降，但電導(dǎo)率均有較大幅度提高，表明合金經(jīng)過(guò)雙級(jí)時(shí)效后抗應(yīng)力腐蝕性能增強(qiáng)。而相對(duì)于T73態(tài)(110 ℃/12 h+180 ℃/6 h)，除3號(hào)和5號(hào)樣品外，其余樣品的力學(xué)性能均不同程度提高。由表3可知：通過(guò)不同時(shí)效工藝可獲得合金不同的力學(xué)性能與抗應(yīng)力腐蝕性能的組合，而合適的雙級(jí)時(shí)效處理可使合金獲得較高強(qiáng)度與良好抗應(yīng)力性能的匹配。因此，可根據(jù)實(shí)際對(duì)合金強(qiáng)度和抗應(yīng)力腐蝕性能的要求，選擇不同的雙級(jí)時(shí)效工藝以獲得各種性能的組合。

本實(shí)驗(yàn)的主要目的是在滿(mǎn)足高電導(dǎo)率(E＞38%IACS)的前提下，使強(qiáng)度盡可能接近T6態(tài)。綜合比較雙級(jí)時(shí)效后鍛件的各項(xiàng)性能發(fā)現(xiàn)，6號(hào)和8號(hào)時(shí)效制度相對(duì)于T6時(shí)效，可大幅度提高合金的電導(dǎo)率(上升幅度約為19.5%)，且強(qiáng)度下降很少(抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度僅分別下降約3.8%與1.0%)，同時(shí)伸長(zhǎng)率仍為10%以上。因此，6號(hào)(110 ℃/6 h+160 ℃/8 h)和8號(hào)(120 ℃/9 h+160 ℃/6 h)為最優(yōu)的時(shí)效制度。

表3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Experimental results of orthogonal test

2.2 極差分析

計(jì)算各因素下力學(xué)性能及電導(dǎo)率的均值，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，分辨主次因素，結(jié)果見(jiàn)表4。

通過(guò)對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果的極差分析可知，一級(jí)時(shí)效溫度T1對(duì)合金的抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度影響幅度很小，其極差分別僅為7 MPa和4 MPa；合金的伸長(zhǎng)率隨著一級(jí)時(shí)效溫度升高而下降，電導(dǎo)率則略有提高。一級(jí)時(shí)效時(shí)間t1對(duì)抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度的影響較一級(jí)時(shí)效溫度T1的影響稍大，伸長(zhǎng)率隨著一級(jí)時(shí)效時(shí)間t1的延長(zhǎng)略上升，電導(dǎo)率則略下降；二級(jí)時(shí)效溫度T2對(duì)合金抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度影響幅度最大，極差分別高達(dá)63 MPa和86 MPa；同時(shí)，電導(dǎo)率隨著二級(jí)時(shí)效溫度T2的升高顯著上升，極差達(dá)到2.90 MS/m，伸長(zhǎng)率也提高。這說(shuō)明二級(jí)時(shí)效溫度T2對(duì)合金性能的控制最為重要。二級(jí)時(shí)效時(shí)間t2對(duì)合金的影響也較大，隨著二級(jí)時(shí)效時(shí)間t2的延長(zhǎng)，抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度降低，電導(dǎo)率逐漸升高，而伸長(zhǎng)率則降低。

2.3 時(shí)效制度對(duì)合金抗應(yīng)力腐蝕性能的影響

根據(jù)力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果及對(duì)合金電導(dǎo)率的要求，選取綜合性能最優(yōu)組(6號(hào)樣品)及 2組對(duì)比樣品進(jìn)行慢應(yīng)變速率拉伸試驗(yàn)以衡量其抗應(yīng)力腐蝕性能。圖 1

表4 極差分析Table 4 Results of range analysis

表5 1933鋁合金鍛件的慢應(yīng)變速率拉伸強(qiáng)度Table 5 Strength of SSRT of 1933 aluminum alloy forging

圖1 1933鋁合金鍛件時(shí)效后的慢應(yīng)變速率拉伸結(jié)果Fig.1 Results of SSRT of 1933 aluminum alloy forging after aging

與表5所示分別為1933鋁合金慢應(yīng)變速率拉伸曲線(xiàn)和性能。根據(jù) GB/T15970.7?2000，采用強(qiáng)度損失(Δσ)來(lái)衡量抗應(yīng)力腐蝕性能的高低。公式為：其中：σb(空氣)和σb(3.5%NaCl水溶液)分別為合金在空氣中和3.5% NaCl水溶液中的抗拉強(qiáng)度。由表5和圖1可知：1933鋁合金鍛件在120 ℃/24 h時(shí)效狀態(tài)下的強(qiáng)度損失為 5%，與在空氣環(huán)境相比，合金在腐蝕環(huán)境中的伸長(zhǎng)率大大降低(圖1(a)所示)，僅為空氣環(huán)境中的40%左右，說(shuō)明1933鋁合金鍛件在峰值時(shí)效狀態(tài)下的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向很大。經(jīng)過(guò)雙級(jí)時(shí)效110 ℃/6 h+160 ℃/8 h后，合金的抗應(yīng)力腐蝕性能明顯提高，強(qiáng)度損失僅為2.4%，同時(shí)合金在腐蝕環(huán)境中的伸長(zhǎng)率未下降。當(dāng)時(shí)效制度為110 ℃/12 h+180 ℃/6 h時(shí)，合金的抗應(yīng)力腐蝕性能進(jìn)一步提高，強(qiáng)度損失僅為0.7%，伸長(zhǎng)率也未下降，說(shuō)明合金在該時(shí)效狀態(tài)下幾乎無(wú)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向。

圖2 1933鋁合金鍛件時(shí)效后的微觀(guān)組織(TEM)Fig.2 Microstructures (TEM) of 1933 aluminum alloy forging after aging

2.4 時(shí)效制度對(duì)鍛件顯微組織的影響

圖2所示為1933鋁合金鍛件經(jīng)不同制度時(shí)效后的顯微組織。合金經(jīng)過(guò)120 ℃/24 h時(shí)效后，晶內(nèi)的沉淀相主要是GP區(qū)和η′相，其分布細(xì)小彌散。晶界上第二相呈鏈狀連續(xù)或呈多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分布，無(wú)明顯無(wú)沉淀析出帶(PFZ，Precipitation free zone)(圖2(a))。經(jīng)過(guò)110 ℃/6 h+160 ℃/8 h雙級(jí)時(shí)效后，晶內(nèi)沉淀相主要為η相以及少量的η相，晶界析出相粗化且呈不連續(xù)分布，同時(shí)發(fā)現(xiàn)有明顯的 PFZ(圖 2(b))。經(jīng) 110 ℃/12 h+180 ℃/6 h雙級(jí)時(shí)效后，晶內(nèi)與晶界析出相進(jìn)一步粗化，且晶界析出相之間的間距與PFZ的寬度較110℃/6 h+160 ℃/8 h時(shí)效后明顯增大。

3 分析與討論

7×××系鋁合金屬析出沉淀強(qiáng)化型超高強(qiáng)鋁合金，其強(qiáng)度性能與應(yīng)力腐蝕敏感性等受時(shí)效熱處理工藝影響明顯。合金微觀(guān)組織的微小變化，可引發(fā)其性能顯著波動(dòng)。Al-Zn-Mg-Cu系合金的基體沉淀相，晶界沉淀相和無(wú)沉淀析出帶(PFZ)的特性，直接決定了合金的性能[10]。

3.1 時(shí)效制度對(duì)鍛件組織和力學(xué)性能的影響

一般認(rèn)為，7×××系鋁合金在溫度較低的情況下，如 120 ℃，其析出序列為：過(guò)飽和固溶體—GP區(qū)—亞穩(wěn)相η′—平衡相η(MgZn2)。1933鋁合金鍛件經(jīng)120 ℃/24 h時(shí)效后，晶內(nèi)主要的沉淀相為GP區(qū)和η′相[6?9]。晶界相則主要為平衡相η相，呈連續(xù)鏈狀或多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分布， PFZ不明顯，如圖2(a)所示。合金在該時(shí)效狀態(tài)下的晶內(nèi)沉淀相GP區(qū)和η′相分別為共格與半共格相，且尺度小，密度高，所以，合金強(qiáng)度很高，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別為 531 MPa和 478 MPa。

雙級(jí)時(shí)效分為第1級(jí)時(shí)效與第2級(jí)時(shí)效2個(gè)階段。第1級(jí)時(shí)效階段的主要作用是形成大量穩(wěn)定的GP區(qū)，作為第2級(jí)時(shí)效階段的析出核心。根據(jù) Lorimer等[15]提出的析出相成核動(dòng)力學(xué)模型，合金中存在某一臨界溫度TGP，當(dāng)時(shí)效溫度高于TGP時(shí)，GP區(qū)因不穩(wěn)定而溶解，從而導(dǎo)致后續(xù)時(shí)效的析出核心減少；若低于這一溫度， GP區(qū)的尺度大于某一臨界值，它就成為過(guò)渡相析出的核心；在TGP以下時(shí)效時(shí)，時(shí)效溫度越高，則達(dá)到臨界尺度并能在高于TGP的時(shí)效溫度條件下成為晶核的 GP區(qū)數(shù)目就越多。這就是1933鋁合金鍛件經(jīng)過(guò)不同第1級(jí)時(shí)效溫度的雙級(jí)時(shí)效后各性能有所差異的原因。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果(見(jiàn)表4) 可知：第1級(jí)時(shí)效溫度為110 ℃時(shí)，形成了最多的可作為過(guò)渡相析出核心的GP區(qū)；在后續(xù)階段時(shí)效(第2級(jí)時(shí)效)過(guò)程中，這些GP區(qū)核心逐漸轉(zhuǎn)變成η′相，形成細(xì)小彌散的沉淀相組織，因此，合金強(qiáng)度較高。

合金的過(guò)飽和固溶體經(jīng)過(guò)第 1級(jí)時(shí)效成核階段后，進(jìn)入第2級(jí)時(shí)效穩(wěn)定化階段。該階段主要是為了使晶界處原有連續(xù)分布的析出相部分溶解，形成斷續(xù)的析出相并長(zhǎng)大，從而提高合金的耐蝕性能。同時(shí)，在第2級(jí)時(shí)效初期，基體內(nèi)部GP區(qū)轉(zhuǎn)變成η′相或者η′相在已有的GP區(qū)上形核長(zhǎng)大，甚至直接析出η相。隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，強(qiáng)化相(η′相)向平衡相(η相)轉(zhuǎn)變，隨后η相粗化。因此，雙級(jí)時(shí)效后鍛件的強(qiáng)度會(huì)降低。本實(shí)驗(yàn)中，第2級(jí)時(shí)效溫度為160 ℃時(shí)，如110℃/6 h+160 ℃/8 h(見(jiàn)圖2(b))，晶內(nèi)沉淀相細(xì)小彌散，同時(shí)，晶界上第2相粗化且呈斷續(xù)分布，且出現(xiàn)了明顯的PFZ。所以，在該時(shí)效狀態(tài)下，1933鋁合金鍛件仍然具有較高的力學(xué)性能，如表4所示，正交試驗(yàn)結(jié)果中 160 ℃時(shí)的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度的均值分別為502 MPa和467 MPa。尤其是6號(hào)和8號(hào)樣品的抗拉強(qiáng)度均達(dá)510 MPa以上，屈服強(qiáng)度在469 MPa以上。隨著第2級(jí)時(shí)效溫度的上升，基體中的沉淀相粗化，同時(shí)晶界析出相的尺度和間距增大，PFZ變寬，合金的強(qiáng)度下降。特別是當(dāng)?shù)?級(jí)時(shí)效溫度為180 ℃時(shí)，如 110 ℃/12 h+180 ℃/6 h(見(jiàn)圖 2(c))，晶內(nèi)析出相嚴(yán)重粗化，導(dǎo)致鍛件強(qiáng)度顯著下降。在第2級(jí)時(shí)效溫度為180 ℃時(shí)，抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度的均值分別僅為 439 MPa和381 MPa。

3.2 時(shí)效制度對(duì)SCC性能的影響

由于影響應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的因素多且過(guò)程復(fù)雜，關(guān)于其作用機(jī)理尚未達(dá)成一致。而對(duì)于 7×××系鋁合金的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂機(jī)理，氫致破裂理論和陽(yáng)極溶解理論得到了大多數(shù)學(xué)者的認(rèn)同[2]。氫致破裂理論認(rèn)為，在拉伸應(yīng)力作用下，腐蝕過(guò)程中產(chǎn)生的活性原子H沿晶界擴(kuò)散進(jìn)入裂紋尖端區(qū)引起氫脆，從而加速了應(yīng)力腐蝕裂紋的擴(kuò)展。陽(yáng)極溶解理論認(rèn)為，應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是由于裂紋尖端陽(yáng)極快速連續(xù)溶解的結(jié)果，應(yīng)力加速了陽(yáng)極溶解的速率并且促進(jìn)金屬的分離。目前，也有人認(rèn)為應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是2種機(jī)理共同作用的結(jié)果。

圖3 1933鋁合金鍛件時(shí)效后的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂模型Fig.3 Model of strain corrosion cracking of 1933 aluminum alloy forging after aging single step aging (T6) statement;(b) two-step aging statement

根據(jù)上述腐蝕開(kāi)裂機(jī)理，對(duì)于7×××系鋁合金，基體沉淀相特征與晶界結(jié)構(gòu)是決定合金抗應(yīng)力腐蝕性能的重要因素。1933鋁合金鍛件的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂模型如圖3所示。在T6狀態(tài)下，晶內(nèi)析出相以細(xì)小η′相與GP區(qū)為主，晶界析出相連續(xù)分布。小尺度的析出相捕獲基體中自由氫原子的能力較低，更多的氫原子容易擴(kuò)散至晶界聚集成氫分子，導(dǎo)致氫脆，且連續(xù)的晶界析出相能夠作為陽(yáng)極溶解通道，促進(jìn)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。同時(shí)，由于晶內(nèi)析出相尺度小，合金在變形過(guò)程中產(chǎn)生的位錯(cuò)能夠切過(guò)這些細(xì)小的析出相造成平面滑移，從而在晶界產(chǎn)生應(yīng)力集中，加劇應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。所以，1933鋁合金鍛件經(jīng)T6(120 ℃/24 h)時(shí)效后，雖然具有最好的力學(xué)性能，但抗應(yīng)力腐蝕性能很差。鍛件經(jīng)過(guò)雙級(jí)時(shí)效(110 ℃/6 h+160 ℃/8 h)后，晶內(nèi)析出相粗化，捕獲自由氫原子的能力增強(qiáng)，降低了氫脆傾向。晶界析出相粗化且轉(zhuǎn)變?yōu)榉沁B續(xù)分布，這種結(jié)構(gòu)能夠阻斷作為陽(yáng)極的晶界析出相的連續(xù)溶解。同時(shí)，隨著晶內(nèi)析出相粗化，合金在變形過(guò)程中產(chǎn)生的位錯(cuò)，更趨于繞過(guò)第2相產(chǎn)生交滑移，減少了晶界應(yīng)力集中，也減小了應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向。所以，合金經(jīng)雙級(jí)時(shí)效后的抗應(yīng)力腐蝕性能顯著增強(qiáng)。合金經(jīng)過(guò) 110 ℃/12 h+180 ℃/6 h時(shí)效后，晶內(nèi)析出相尺度進(jìn)一步增大，晶界析出相更加斷續(xù)、粗大，其抗應(yīng)力腐蝕性能進(jìn)一步增強(qiáng)。但由于晶內(nèi)析出相尺度過(guò)大，其強(qiáng)度損失也很明顯。

4 結(jié)論

(1) 1933鋁合金鍛件經(jīng)過(guò)雙級(jí)時(shí)效后，相對(duì)于峰值時(shí)效其電導(dǎo)率大幅上升，抗應(yīng)力腐蝕性能顯著提高，而力學(xué)性能有所下降。

(2) 1933鋁合金鍛件最優(yōu)時(shí)效制度為 100 ℃/6 h+160 ℃/8 h和120 ℃/9 h+160 ℃/6 h時(shí)。在該時(shí)效制度下，相對(duì)于T6態(tài)，合金的電導(dǎo)率提高19.5%，超過(guò)了22.04 MS/m，抗應(yīng)力腐蝕性能顯著提高，力學(xué)性能略有下降。

(3) 第 2級(jí)時(shí)效溫度是雙級(jí)時(shí)效工藝因素中控制合金性能最重要的因素。

(4) 合金基體沉淀相細(xì)小彌散，晶界第 2相粗大且呈斷續(xù)分布，使合金在保持較高力學(xué)性能的同時(shí)，具有較好的抗應(yīng)力腐蝕性能。

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(編輯 張?jiān)鴺s)

Effects of two-step aging on microstructure and properties of 1933 aluminum alloy forging

ZHANG Xin-ming1,2, OU Jun1,2, LIU Sheng-dan1,2, XU Min1,2, YOU Jiang-hai1,2

(1. School of Materials Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China;2. Educational Key Laboratory of Non-ferrous Metal Materials Science and Engineering,Central South University, Changsha 410083, China)

The influence of two-step aging on the mechanical properties, stress corrosion cracking resistant and microstructure of 1933 aluminum alloy forging were investigated by electrical conductivity test, ambient temperature tensile properties test, transmission electron microscopy and orthogonal test. The results show that compared with the peak aged sample, the ultimate tensile strength and yield strength of the two-step aged samples (110 ℃/6 h+160 ℃/8 h or 120 ℃/12 h+160 ℃/6 h) are decreased by 3.8% and 1.0%, respectively. Meanwhile, the conductivity is enhanced by 19.5% with an evident improvement in the stress corrosion cracking resistant. The temperature of the second step aging is the most significant factor to control the properties of the alloy. After the proper two-step aging, the fine precipitates are presented with the matrix, and the grain boundaries are decorated with coarserηparticles which are distributed continuously.

1933 aluminum alloy forging; aging; mechanical property; stress corrosion cracking resistance;microstructure

TG146.2；TG113

A

1672?7207(2011)02?0342?07

2009?12?03；

2010?02?05

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(“973”計(jì)劃)項(xiàng)目(2005CB623700)

張新明(1946?)，男，湖南安鄉(xiāng)人，博士，教授，博士生導(dǎo)師，從事材料科學(xué)與工程的研究；電話(huà)：0731-88830265；E-mail：xmzhang_cn@yahoo.cn