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        1933鋁合金鍛件時效工藝研究

        2012-09-05 03:14:40鄔建新李玉紅
        科技傳播 2012年11期
        關(guān)鍵詞:延伸率時效電導(dǎo)率

        鄔建新,趙 斌,何 鵬,李玉紅

        陜西飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司,陜西漢中 723215

        0 引言

        航空技術(shù)的發(fā)展對飛機(jī)用結(jié)構(gòu)材料提出了越來越高的要求,飛機(jī)用鋁合金材料從高強(qiáng)和低韌發(fā)展到高強(qiáng)高韌,進(jìn)而向高強(qiáng)高韌、高斷裂韌性、高耐應(yīng)力腐蝕發(fā)展。高強(qiáng)高韌、高斷裂韌性、高耐應(yīng)力腐蝕的鋁合金成為飛機(jī)用鋁合金的發(fā)展方向[1]。1933鋁合金因為其具有良好的綜合性能,在國內(nèi)飛機(jī)上開始得到應(yīng)用,除了強(qiáng)度和延伸率高外,還具有優(yōu)異的抗疲勞、抗應(yīng)力腐蝕和斷裂韌性性能。為了獲得此合金較好的綜合性能,必須選擇適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に噮?shù)。

        鋁合金材料的電導(dǎo)率作為反映其綜合性能的指標(biāo),不僅反映了材料的導(dǎo)電能力,而且也與材料的成分和內(nèi)部組織有關(guān),電導(dǎo)率作為性能指標(biāo)與強(qiáng)度及延伸率同樣重要,而人工時效對其綜合性能的影響最為關(guān)鍵,本文通過測定不同時效工藝下的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率和電導(dǎo)率值,利用時效溫度及時間與抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率及電導(dǎo)率的影響關(guān)系,確定了最佳時效工藝。

        1 試驗材料及方法

        選用某飛機(jī)用新材料1933鋁合金鍛件作為試驗材料,鍛件規(guī)格為300mm(高)×440mm(寬)×720mm(長),化學(xué)成分為Cu1.0%,Mg2.1%,Zn6.9%,F(xiàn)e0.11%,Si<0.1%,狀態(tài)為退火狀態(tài),試樣加工成30mm×30mm×110mm毛坯試樣,每組試驗采用10個試樣。試樣固溶處理為465℃,固溶保溫時間為4h,水冷。

        雙級時效工藝試驗:

        一級時效溫度對性能的影響試驗:一級時效溫度依次為75℃、85℃、95℃、105℃、115℃、125℃、135℃,保溫時間為10h,二級時效為180℃×6h。

        二級時效溫度對性能的影響試驗:一級時效溫度為115℃×10h,二級時效溫度依次為160℃、170℃、180℃、190℃、200℃,保溫時間為6h。

        一級時效時間對性能的影響試驗:一級時效溫度為115℃,保溫時間依次為3h、5h、7h、9h、11h、13h、15h,二級時效為180℃×6h。

        二級時效時間對性能的影響試驗:一級時效溫度為115℃×10h,二級時效溫度為180℃,保溫時間依次為0h、3h、6h、9h、12h。

        試樣人工時效后加工試樣毛坯表面,進(jìn)行電導(dǎo)率測定,加工成標(biāo)準(zhǔn)拉力棒后進(jìn)行強(qiáng)度和延伸率試驗。

        電導(dǎo)率測量所用設(shè)備為 Sigmatest2.067型渦流電導(dǎo)儀,強(qiáng)度和延伸率試驗采用島津生產(chǎn)的AG-100KN 1型電子萬能試驗機(jī)。

        2 試驗結(jié)果及分析

        1933鋁合金鍛件經(jīng)465℃保溫4h后再進(jìn)行不同的人工時效,與其它同系合金一樣采用雙級時效制度,測定其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率和電導(dǎo)率值,繪制圖表,其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率及電導(dǎo)率的變化規(guī)律如圖1所示。一級時效溫度變化對強(qiáng)度和延伸率變化不明顯,但高于125℃,強(qiáng)度損失較大;隨二級時效溫度的升高,強(qiáng)度迅速下降,延伸率升高; 一級時效時間對強(qiáng)度和延伸率及電導(dǎo)率的影響不大,二級時效的時間增加,電導(dǎo)率明顯提高,而強(qiáng)度和延伸率同時下降,時間延長,電導(dǎo)率升高趨緩,延伸率走平,強(qiáng)度持續(xù)不斷下降。

        圖1 不同的時效溫度及時效時間與性能的關(guān)系圖

        對上述結(jié)果我們進(jìn)行理論分析,1933鋁合金組織由α固溶體及第二相質(zhì)點(diǎn)組成,第二相質(zhì)點(diǎn)按其生成機(jī)理可以分為三類. 第一類為初生的金屬間化合物,是在結(jié)晶時直接從液相生成,尺寸較大,呈塊狀,在壓力加工過程中被破碎,往往沿變形方向排列成串,熱處理加熱時不溶于固溶體,他們的存在降低合金的斷裂韌性;第二類是含鉻的彌散質(zhì)點(diǎn),在高溫下從固溶體中析出,尺寸較小,對合金的再結(jié)晶和晶粒長大有明顯的阻礙作用;第三類是時效強(qiáng)化質(zhì)點(diǎn),合金固溶加熱時溶于固溶體中,時效時,從固溶體中析出,形狀和尺寸變化較大,是影響合金性能的主要因素[2-4]。1933合金固溶處理后,隨著時效溫度升高和時間延長所發(fā)生的過程是:過飽和固溶體球狀G.P區(qū)有序G.P區(qū)η’+T’η+T。1933合金在115℃時效,首先形成彌散分布的G.P區(qū),隨著時間的延長,G.P區(qū)數(shù)量和尺寸也逐漸增大,一級時效結(jié)束,G.P區(qū)較均勻分布,數(shù)量和尺寸達(dá)到動態(tài)平衡。在向二級時效升溫過程中,G.P區(qū)的尺寸不斷長大,到180℃,強(qiáng)度達(dá)到最大值。隨著二級時效時間的延長,G.P區(qū)長大到一定程度,形成半共格的η’+T’相,在峰值時效時沿晶界分布的第一類質(zhì)點(diǎn)和第二類質(zhì)點(diǎn)在高溫下緩慢聚集長大,強(qiáng)度明顯降低,隨時間的繼續(xù)延長,部分半共格相轉(zhuǎn)化為非共格的η+T相,晶界的第二相和強(qiáng)化質(zhì)點(diǎn)聚集長大,在晶界的部分區(qū)域形成所謂的無沉淀析出帶,強(qiáng)度繼續(xù)下降,電導(dǎo)率升高,損失了部分強(qiáng)化效果,但由于晶界的腐蝕通道作用減弱,內(nèi)應(yīng)力降低,抗應(yīng)力腐蝕、疲勞性能進(jìn)一步提高,綜合性能較好,合金處于進(jìn)一步的過時效階段,1933鋁合金熱處理就是達(dá)到此種狀態(tài),保證合金的抗應(yīng)力腐蝕和斷裂韌性,而強(qiáng)度下降的幅度又不大。

        從圖1可以看出,一級時效溫度變化對性能的變化不明顯,但一級時效溫度高于125℃時,電導(dǎo)率增加很小而強(qiáng)度和延伸率損失較大;隨二級時效的溫度的升高,強(qiáng)度迅速下降,電導(dǎo)率和延伸率迅速升高,隨著時效溫度的增加變化趨緩,高于180℃,變化緩慢。一級時效時間對電導(dǎo)率和強(qiáng)度及延伸率的影響不大,隨著時間增加,電導(dǎo)率逐漸增加,高于11h,強(qiáng)度下降明顯。隨著2級時效的時間增加,電導(dǎo)率增加較大,強(qiáng)度及延伸率下降,但時間延長電導(dǎo)率增加趨緩,延伸率基本不變,而強(qiáng)度呈不斷下降趨勢。

        綜合上述試驗結(jié)果及分析,可以得出1933鋁合金鍛件時效工藝參數(shù)為:一級時效溫度115℃,保溫10h左右,二級時效溫度180℃,保溫6h。

        3 結(jié)論

        利用不同時效工藝下測定的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率及電導(dǎo)率值,得出了時效工藝與性能的關(guān)系,從而確定了1933鋁合金鍛件的最佳時效工藝參數(shù)。

        1933鋁合金鍛件的最佳時效工藝參數(shù)為:一級時效溫度115℃,保溫10h,二級時效溫度180℃,保溫6h。

        [1]吳一雷,李永偉.超高強(qiáng)度鋁合金的發(fā)展和應(yīng)用[J].航空材料學(xué)報,1994,14(1):49-55.

        [2]劉員旭.金屬熱處理原理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1984:275-279.

        [3]寧愛林,劉志義,鄭青春,曾蘇民.分級固容對7A04鋁合金組織與性能的影響.中國有色金屬學(xué)報,2004,14(7):1211-1216.

        [4]王學(xué)軍,聶波,謝延翠.熱處理制度對7075鋁合金電導(dǎo)率的影響[J].輕合金加工技術(shù),2001(7):40-43.

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