魏啟金 盛曉菲 吳云波
摘? 要:文章以Al-8.31Zn-2.46Cu-2.07Mg-0.12Zr為研究對象,通過DSC,硬度測試,研究該合金的單級時效工藝,得到如下結(jié)論:(1)合金固溶溫度不能超過474.5℃。結(jié)合現(xiàn)實操作中的溫度波動,保證合金不會發(fā)生過燒,溫度控制在465℃較為合適。(2)合金合適的時效溫度為120℃,峰值硬度為192HV。最佳單級時效峰時效工藝為120℃時效18h。
關(guān)鍵詞:高合金化;Al-Zn-Mg;單級時效
中圖分類號:TG 146.21? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A? ? ? ? ?文章編號:2095-2945(2019)32-0114-02
Abstract: In this paper, Al-8.31Zn-2.46Cu-2.07Mg-0.12Zr was used as the research object. The single-stage ageing process of the alloy was studied by DSC and hardness test. The conclusions were as follows: 1. The alloy solution temperature could not exceed 474.5 °C. Combined with the temperature fluctuations in the actual operation, it is guaranteed that the alloy will not be over-fired, and the temperature control at 465 ° C is more suitable. 2. The suitable aging temperature of the alloy is 120 ° C and the peak hardness is 192 HV. The best single-stage ageing peak aging process is 18h at 120°C.
Keywords: high alloying; Al-Zn-Mg; single-stage ageing
AlZnMg合金具有強度重量比高、材料斷裂韌性性能優(yōu)異、抗疲勞性能好等優(yōu)異性能,是航空、航天和軌道交通等重要領(lǐng)域的重要結(jié)構(gòu)材料[1],也是汽車輕量化材料的選擇之一[2]。AlZnMg合金的高強度源于該合金為典型的時效強化鋁合金,合金主要依靠細(xì)小彌散的第二相強化,其主要強化相為η(MgZn2)相[3]。鋁合金的時效析出過程屬于固態(tài)相變的一種,通過固溶處理,讓溶質(zhì)原子溶入基體,淬火后保持過飽和固溶體至室溫狀態(tài),在時效過程中,溶質(zhì)原子析出,形核長大成強化相,晶內(nèi)析出細(xì)小的共格或半共格彌散相,隨著時效溫度的升高和時效時間的延長,強化相的尺寸會長大,甚至轉(zhuǎn)變成強化效果很弱的平衡相,影響合金的強度,因此,制定時效強化型鋁合金的合適的時效工藝尤為重要,能夠最大限度發(fā)揮出高合金化AlZnMg合金的性能潛力。本文以高合金化AlZnMg合金為研究對象,對其單級時效的性能變化進(jìn)行研究,為高合金化AlZnMg合金的工業(yè)應(yīng)用提供一定的理論參考。
成分分析在電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀ICAP6300上進(jìn)行。DSC曲線通過STA 449C同步熱分析儀測量。硬度測試設(shè)備為HV-5型小負(fù)荷維氏硬度計(2008年,中國萊州),使用載荷為2kg,加載時間均為15s。
1 AlZnMg合金成分及固溶工藝
AlZnMg合金時效強化的基礎(chǔ)是超飽和固溶體,讓溶質(zhì)原子充分溶解進(jìn)基體,在時效過程中析出,成為強化基體η(MgZn2)相,才能保證AlZnMg合金超高強度,因此制定合適的AlZnMg合金固溶工藝就顯得尤為重要。
本文研究的AlZnMg合金為鑄錠經(jīng)過均勻化處理后再經(jīng)420℃熱擠壓的樣品,因為在熱擠壓淬火和日常存放過程中存在一定的析出,為了保證時效強化的效果,需要再進(jìn)行一道固溶處理。本文采用的AlZnMg合金的成分為Al-8.31Zn-2.46Cu-2.07 Mg-0.12Zr,屬于超高合金化鋁合金,溶質(zhì)原子的占比已經(jīng)超過12%,因此,為了保證時效強化的效果,必須保證固溶的效果。圖1為該AlZnMg合金鑄錠的DSC曲線。
從圖1可以看到該AlZnMg合金鑄錠在474.5℃、491.4℃和636.8℃有三個明顯的吸熱峰,474.5℃為MgZn2相熔化的吸熱峰,491.4℃為Al2CuMg相熔化的吸熱峰,636.8℃為該鋁合金熔化的吸熱峰。因此,為了防止該AlZnMg合金過燒,固溶溫度溫度應(yīng)該不能超過474.5℃。結(jié)合現(xiàn)實操作中的溫度波動,保證合金不會發(fā)生過燒,溫度控制在465℃較為合適。固溶時間為1h。[4,5]
2 AlZnMg合金單級時效工藝
圖2為AlZnMg合金在不同時效溫度下,時效時間和硬度的關(guān)系曲線。時效溫度為100℃時,合金在時效初期,硬度從90HV迅速升高,約時效10h后達(dá)到峰值,約175HV,隨后進(jìn)入平臺區(qū),時效至80h時約175HV。
時效溫度為120℃時,合金在時效初期,硬度從90HV迅速升高,約時效18h后達(dá)到峰值,約192HV,隨后進(jìn)入平臺區(qū),時效至80h時約188HV。
時效溫度為140℃時,合金在時效初期,硬度從90HV迅速升高,約時效10h后達(dá)到峰值,約193HV,時效至30h后,硬度開始逐步下降,時效至80h時約182HV。
時效溫度為160℃時,合金在時效初期,硬度從90HV迅速升高,約時效8h后達(dá)到峰值,約195HV,隨后硬度快速下降,時效至20h時約175HV,時效至80h時,硬度僅僅只有165HV。
通過圖2可以看到,不同的時效溫度對合金的時效效果不同,低溫100℃時效時合金時效強化效率較慢,最高硬度不高,但是抗過時效能力較強,長時間時效,硬度基本沒有下降。120℃時效時,合金強化速度提高,最高硬度達(dá)到了192HV,抗過時效能力也較強。高溫140℃時效時,初期硬化速度較快,峰值可以達(dá)到193HV,過時效后,硬度有所下降,80h下降至182HV。超高溫160℃時效時初期硬化速率超快,時效8h即可達(dá)到峰值195HV,但抗過時效能力較弱,時效至10h后硬度就開始下降,時效80h時硬度僅僅只有165HV。結(jié)合各個溫度的硬化速率,峰值硬度,還有抗過時效能力,120℃為合適的時效溫度,峰值硬度為192HV。最佳單級時效峰時效工藝為120℃時效18h。
3 結(jié)論
(1)該AlZnMg合金固溶溫度溫度不能超過474.5℃。結(jié)合現(xiàn)實操作中的溫度波動,保證合金不會發(fā)生過燒,溫度控制在465℃較為合適。
(2)該AlZnMg合金合適的時效溫度為120℃,峰值硬度為192HV。最佳單級時效峰時效工藝為120℃時效18h。
參考文獻(xiàn):
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