再時效對過時效7B50合金力學(xué)及腐蝕性能的影響

劉維，陳康華，陳送義，董朋軒，孫擎擎

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再時效對過時效7B50合金力學(xué)及腐蝕性能的影響

劉維，陳康華，陳送義，董朋軒，孫擎擎

(中南大學(xué) 粉末冶金國家重點實驗室，湖南 長沙，410083)

采用透射電子顯微鏡觀察(TEM)、電化學(xué)阻抗譜法(EIS)及力學(xué)性能測試等研究不同雙級過時效溫度下再時效對雙級過時效7B50合金顯微組織和力學(xué)性能的影響，并將雙級過時效?再時效處理條件下合金性能峰值點與單級峰時效、雙級過時效及常規(guī)回歸再時效進行顯微組織及力學(xué)和腐蝕性能的對比。結(jié)果表明：再時效可明顯提高雙級過時效態(tài)合金的性能；再時效處理后，合金強度在過時效溫度為160 ℃條件下達到峰值；與單級峰時效相比，雙級過時效?再時效峰值條件下，在保持高強度的同時，合金的電導(dǎo)率提高了13.4%，同時斷裂韌性也提升12.5%；與雙級過時效、常規(guī)回歸再時效和單級峰時效處理相比，在雙級過時效?再時效峰值條件下，合金具有高的抗剝落腐蝕性及低的應(yīng)力腐蝕敏感性。

7B50合金；再時效；力學(xué)性能；腐蝕性能

7B50合金具有高的強韌性與優(yōu)異的淬透------性，其綜合性能優(yōu)于7B04和7050，已廣泛應(yīng)用于國防、航空航天領(lǐng)域[1?3]，如7B50-T7751合金板材和擠壓材用于制造波音757，767及空中客車A310和麥道MD-11等飛機的上翼結(jié)構(gòu)件[4]。高強度與低應(yīng)力腐蝕抗力之間的矛盾一直以來是困擾7000系合金的難題。為解決合金峰值時效T6態(tài)的高應(yīng)力腐蝕敏感性，1961年Alcoa公司開發(fā)了T73雙級過時效制度，減少了合金應(yīng)力腐蝕的敏感性，并提高了合金的斷裂韌性，但合金的強度降低較多；同年又開發(fā)了T76制度，減少了強度的損失(9%~12%)，兼顧了合金的強度和腐蝕性能。以色列飛機公司CINA[5]提出的一種三級時效工藝回歸再時效(RRA)處理，為該難題提供了解決方法，使合金具有峰時效強度的同時又具有媲美雙級過時效T7X的耐蝕性，但由于其回歸的溫度高(200~280 ℃)，回歸時間短(0.5~1 h)，難以在大構(gòu)件上應(yīng)用。迄今為止，關(guān)于回歸再時效處理對7000系鋁合金組織和性能的影響，國內(nèi)外學(xué)者做了大量研究[6?21]。然而，這些研究工作主要基于較高溫度上較短時間的回歸處理，在大厚板的時效處理中仍難以應(yīng)用；本文作者在低溫長時過時效的基礎(chǔ)上，參考陳康華等[22]研究發(fā)明的一種Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金的時效熱處理方法，即預(yù)時效?過時效?再時效工藝，研究了不同雙級過時效溫度下再時效對雙級過時效態(tài)7B50合金硬度、電導(dǎo)率及拉伸性能的影響，并將雙級過時效?再時效處理條件下性能峰值點與峰值時效、雙級過時效及常規(guī)回歸再時效進行組織和性能的比較，為航空急需厚板的時效處理制度提供了試驗基礎(chǔ)和理論依據(jù)。

1 實驗

1.1 材料

實驗所用材料為東北輕合金有限責任公司提供的7B50擠壓材，通過EDX熒光光譜分析，測得其實際化學(xué)成分如表1所示。

表1 7B50合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù))

1.2 材料的熱處理工藝

材料在高溫電阻爐中經(jīng)480 ℃，0.5 h固溶，然后快速淬火(淬火水溫＜25 ℃)，淬火后，立即在在電熱鼓風(fēng)干燥箱中進行不同制度的時效處理，具體時效工藝如表2所示。

表2 7B50合金的時效處理工藝

1.3 性能測試與組織觀察

采用HBRUV?187.5型布洛維光學(xué)硬度計測樣品硬度，載荷為294 N；用7501A渦流電導(dǎo)儀測試樣品電導(dǎo)率。每個樣品測試至少3次，取平均值。

采用美國Instron 3369力學(xué)試驗機測試進行試樣力學(xué)性能(強度及斷裂韌性)的測試，拉伸速率為 1 mm/min。

剝落腐蝕實驗按照ASTM G34—79標準進行。腐蝕溶液為4 mol/L NaCl+0.5 mol/L KNO3+0.1 mol/L HNO3，加蒸餾水稀釋至1 L。實驗溶液體積與試樣面積之比為25 mL/cm2，溶液溫度控制在(25±2) ℃，浸泡時間為48 h。

采用低應(yīng)變速率拉伸試驗(SSRT)測試材料的SCC敏感性，試驗參照GB/T 1597.7—2000標準，在西安力拓低應(yīng)變速率腐蝕拉伸機上進行。應(yīng)變速率為3.3×10?7/s，所用腐蝕溶液為3%NaCl+5 mL/L H2O2，加蒸餾水稀釋至1 L。采用斷裂時間和斷裂時的最大強度綜合評價材料的應(yīng)力腐蝕敏感性。

電化學(xué)阻抗譜(EIS)測試在CHI660C電化學(xué)工作站上進行，采用飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉑電極作為輔助電極，腐蝕溶液體系為EXCO(4 mol/L NaCl+0.4 mol/L KNO3+0.1 mol/L HNO3)溶液，試驗溫度保持在25 ℃左右，測試面為S-L面，面積為1 cm2。電化學(xué)阻抗測試于開路電位穩(wěn)定時進行，測試頻率為1×105~1×10?2Hz，激勵信號幅值為10 mV。

透射電鏡薄片樣厚度減至0.08 mm，在MTP?1 雙噴電解減薄儀上雙噴減薄、穿孔，電解液體積比為：(硝酸)?(甲醇)=3?7，溫度控制在?25 ℃以下，電壓為15~20 V，電流為60~80 mA。在JEM?2100F型透射電鏡上進行組織觀察。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 力學(xué)性能和電導(dǎo)率

圖1所示為不同過時效溫度下，雙級過時效及再時效處理過程中7B50合金硬度、強度和電導(dǎo)率的變化曲線。由圖1可知：雙級過時效過程中，隨著過時效溫度的升高，合金的硬度和強度呈單調(diào)下降趨勢，在較高溫度(＞170 ℃)下，合金硬度和強度下降速率明顯加快；合金電導(dǎo)率隨過時效溫度的升高呈單調(diào)上升趨勢，在較高溫度(＞170 ℃)下，合金電導(dǎo)率上升速率明顯增大。再時效處理后，合金硬度和強度隨過時效溫度的升高先升高后降低，存在一個峰值溫度 (160 ℃)；同時合金電導(dǎo)率呈單調(diào)上升趨勢。較雙級過時效態(tài)，雙級過時效?再時效后合金的硬度、強度及電導(dǎo)率都有明顯的提高。