時(shí)效制度對(duì)7075鋁合金晶間腐蝕行為的影響

李有功，李秋梅，周 龍，王洪卓，張 恒

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽 111003)

Al-Zn-Mg-Cu系合金為超高強(qiáng)度鋁合金，具有高的比強(qiáng)度和硬度、較好的耐腐蝕性能和較高的韌性等優(yōu)點(diǎn)，已成為最重要的結(jié)構(gòu)材料之一[1-2]。隨著航空工業(yè)的發(fā)展，對(duì)飛機(jī)運(yùn)行壽命與運(yùn)行安全的要求越來越高，需要結(jié)構(gòu)材料具有高的強(qiáng)度及抗應(yīng)力腐蝕性能和抗疲勞性能。優(yōu)化熱處理制度是改善高強(qiáng)鋁合金性能的重要手段，峰值時(shí)效狀態(tài)下的主要強(qiáng)化相是GP區(qū)、η″相和少量的η′相，晶界相為連續(xù)鏈狀分布，但具有較高的腐蝕敏感性，研究人員通過開發(fā)了T73、T76、RRA等時(shí)效工藝，改變晶界析出相的分布狀態(tài)減少腐蝕敏感性[3-4]。

本文對(duì)7075鋁合金板材在不同時(shí)效狀態(tài)下的電導(dǎo)率與晶間腐蝕進(jìn)行測(cè)試，并用正交法對(duì)不同熱處理制度與測(cè)試結(jié)果進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，獲得7075鋁合金板材力學(xué)性能和電導(dǎo)率、抗腐蝕性能的結(jié)合，為熱處理工藝的制定與優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

實(shí)驗(yàn)材料為Φ10mm的7075擠壓棒材，其化學(xué)成分見表1。對(duì)擠壓后的板材進(jìn)行462℃×75min的固溶處理，針對(duì)不同時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間，選取四因素三水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，如表2所示。正交實(shí)驗(yàn)分為9組，分別進(jìn)行拉伸、電導(dǎo)率、晶間腐蝕、金相觀測(cè)等實(shí)驗(yàn)，拉伸測(cè)試，每組實(shí)驗(yàn)分別選取3個(gè)試樣進(jìn)行測(cè)試，采用AG-X100KN型萬能試驗(yàn)機(jī)；電導(dǎo)率測(cè)試，每個(gè)試樣取6個(gè)點(diǎn)做平均值，采用Sigmatest2.069電導(dǎo)率測(cè)試儀；晶間腐蝕試驗(yàn)，執(zhí)行GB/T 7998-2005標(biāo)準(zhǔn)，腐蝕溶液為57g/L NaCl+10g/L H2O2混合液，試驗(yàn)溫度為35℃±2℃，試驗(yàn)時(shí)間為6h；金相觀測(cè)，采用ZEISS金相顯微鏡放大100倍觀察并測(cè)量晶間腐蝕深度。

表1 7075鋁合金化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 力學(xué)與電導(dǎo)率正交結(jié)果

正交實(shí)驗(yàn)方案與力學(xué)、電導(dǎo)率結(jié)果見表2。經(jīng)實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)6雙級(jí)時(shí)效后抗拉強(qiáng)度較高，電導(dǎo)率最低，其第二級(jí)的時(shí)效溫度均為145℃，時(shí)效時(shí)間低于10h。隨著時(shí)效時(shí)間延長抗拉強(qiáng)度降低，電導(dǎo)率升高。經(jīng)實(shí)驗(yàn)3、實(shí)驗(yàn)5、實(shí)驗(yàn)7雙級(jí)時(shí)效后抗拉強(qiáng)度較低，電導(dǎo)率最高，這3組的第二級(jí)時(shí)效溫度均為175℃。該合金在單級(jí)峰時(shí)效下抗拉強(qiáng)度為669MPa，延伸率為10.0%，電導(dǎo)率為30.91IACS%。經(jīng)實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)6雙級(jí)時(shí)效后抗拉強(qiáng)度降低1.9%，電導(dǎo)率升高2.5%。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

極差分析結(jié)果見表3。

表2 正交實(shí)驗(yàn)方案與結(jié)果

表3 極差分析結(jié)果

根據(jù)極差結(jié)果可知，第二級(jí)時(shí)效溫度、時(shí)間是影響合金力學(xué)性能與電導(dǎo)率的關(guān)鍵因素，明顯高于其他因素的影響。隨著第二級(jí)時(shí)效溫度從145℃升高至175℃，強(qiáng)度值降低了15.6%，電導(dǎo)率升高了19%。隨著第二級(jí)時(shí)效時(shí)間從7h到13h，強(qiáng)度值降低3.7%，電導(dǎo)率升高3.3%?？傮w看來，采用雙級(jí)時(shí)效合金的電導(dǎo)率均高于單級(jí)時(shí)效，抗拉強(qiáng)度有不同程度降低。

第二級(jí)時(shí)效溫度為175℃時(shí)，雖然電導(dǎo)率明顯提升，但強(qiáng)度值大幅度下降，故不適合。相比之下，采用第二級(jí)時(shí)效溫度145℃～160℃，時(shí)間控制在6h～7h，抗拉強(qiáng)度值仍在600 MPa以上。

2.3 時(shí)效制度對(duì)晶間腐蝕的影響

圖1為7075鋁合金在不同時(shí)效處理后的晶間腐蝕形貌。圖1(a)為120℃×24h時(shí)效后晶間腐蝕形貌，可以看出發(fā)生嚴(yán)重的晶間腐蝕，部分晶粒發(fā)生脫落，經(jīng)測(cè)量最大腐蝕深度達(dá)73.4μm。圖1(b)為150℃×4h+145℃×7h雙級(jí)時(shí)效處理后腐蝕形貌，最大腐蝕深度達(dá)63.14μm，略低于T6態(tài)。圖1(c)為135℃×10h+160℃×7h時(shí)效處理后腐蝕形貌，最大腐蝕深度降為14.24μm，腐蝕敏感性大幅度降低。根據(jù)晶間腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定135℃×10h+160℃×7h為最優(yōu)方案。

2.4 分析與討論

7075合金經(jīng)120℃×24h單級(jí)時(shí)效后，其析出相主要為GP區(qū)和η″相，使合金強(qiáng)度達(dá)到最高，但晶界是粗大連續(xù)的η平衡相，降低抗腐蝕性能[5-7]。一般認(rèn)為經(jīng)過先低溫再高溫的雙級(jí)時(shí)效處理后，晶內(nèi)為η″相，晶界為粗大斷續(xù)分布的平衡相。根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)可知，第二級(jí)時(shí)效溫度對(duì)力學(xué)性能影響最大，隨著溫度升高，強(qiáng)度值降低，由于時(shí)效溫度高，原子擴(kuò)散速度越快，析出相的尺寸較大，密度降低，故經(jīng)雙級(jí)時(shí)效處理后，合金的強(qiáng)度值均較單級(jí)峰時(shí)效強(qiáng)度降低。

合金電導(dǎo)率是組織敏感性參數(shù)，可以反應(yīng)合金的抗腐蝕性能，通常電導(dǎo)率越高，合金的抗腐蝕性能越好。如表2所示，隨著第二級(jí)時(shí)效溫度的升高，合金電導(dǎo)率增大，同時(shí)隨著時(shí)效時(shí)間的延長，電導(dǎo)率也提高，這歸因于晶內(nèi)和晶界析出相粗化。

晶間腐蝕的主要形式是電化學(xué)腐蝕，是晶界無沉淀析出帶或晶界析出相的陽極溶解所致，析出相與基體、晶界附近的貧化區(qū)電極電位不同。晶界析出相尺寸越大分布越不連續(xù)，合金的抗蝕性能越好，反之晶界析出相尺寸越小且呈鏈狀分布，則合金的抗蝕性能越差。在雙級(jí)時(shí)效狀態(tài)下的腐蝕機(jī)理與峰時(shí)效相似，不同的是晶界處析出大量粗大η′和η平衡相，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)適當(dāng)雙級(jí)時(shí)效處理后，合金的抗蝕性能顯著改善。

3 結(jié)論

(1)雙級(jí)時(shí)效過程中，第二級(jí)時(shí)效溫度對(duì)性能影響最大，隨著第二級(jí)時(shí)效溫度升高，強(qiáng)度值降低，電導(dǎo)率升高。隨著第二級(jí)時(shí)效時(shí)間延長，強(qiáng)度值降低3.7%，電導(dǎo)率升高3.3%。

(2)根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)與晶間腐蝕測(cè)試結(jié)果，確定7055鋁合金的最佳雙級(jí)工藝為135℃×10h+160℃×7h。在此條件下，合金的抗拉強(qiáng)度、伸長率和電導(dǎo)率分別為616.9MPa、10.0%和34.77IACS%。