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        高合金化AlZnMg合金單級(jí)時(shí)效工藝研究

        2019-12-02 08:56:52魏?jiǎn)⒔?/span>盛曉菲吳云波
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2019年32期

        魏?jiǎn)⒔? 盛曉菲 吳云波

        摘? 要:文章以Al-8.31Zn-2.46Cu-2.07Mg-0.12Zr為研究對(duì)象,通過(guò)DSC,硬度測(cè)試,研究該合金的單級(jí)時(shí)效工藝,得到如下結(jié)論:(1)合金固溶溫度不能超過(guò)474.5℃。結(jié)合現(xiàn)實(shí)操作中的溫度波動(dòng),保證合金不會(huì)發(fā)生過(guò)燒,溫度控制在465℃較為合適。(2)合金合適的時(shí)效溫度為120℃,峰值硬度為192HV。最佳單級(jí)時(shí)效峰時(shí)效工藝為120℃時(shí)效18h。

        關(guān)鍵詞:高合金化;Al-Zn-Mg;單級(jí)時(shí)效

        中圖分類(lèi)號(hào):TG 146.21? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A? ? ? ? ?文章編號(hào):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(qiáng)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(chē)輕量化材料的選擇之一[2]。AlZnMg合金的高強(qiáng)度源于該合金為典型的時(shí)效強(qiáng)化鋁合金,合金主要依靠細(xì)小彌散的第二相強(qiáng)化,其主要強(qiáng)化相為η(MgZn2)相[3]。鋁合金的時(shí)效析出過(guò)程屬于固態(tài)相變的一種,通過(guò)固溶處理,讓溶質(zhì)原子溶入基體,淬火后保持過(guò)飽和固溶體至室溫狀態(tài),在時(shí)效過(guò)程中,溶質(zhì)原子析出,形核長(zhǎng)大成強(qiáng)化相,晶內(nèi)析出細(xì)小的共格或半共格彌散相,隨著時(shí)效溫度的升高和時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng),強(qiáng)化相的尺寸會(huì)長(zhǎng)大,甚至轉(zhuǎn)變成強(qiáng)化效果很弱的平衡相,影響合金的強(qiáng)度,因此,制定時(shí)效強(qiáng)化型鋁合金的合適的時(shí)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(duì)象,對(duì)其單級(jí)時(shí)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(guò)STA 449C同步熱分析儀測(cè)量。硬度測(cè)試設(shè)備為HV-5型小負(fù)荷維氏硬度計(jì)(2008年,中國(guó)萊州),使用載荷為2kg,加載時(shí)間均為15s。

        1 AlZnMg合金成分及固溶工藝

        AlZnMg合金時(shí)效強(qiáng)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(shí)效過(guò)程中析出,成為強(qiáng)化基體η(MgZn2)相,才能保證AlZnMg合金超高強(qiáng)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(guò)均勻化處理后再經(jīng)420℃熱擠壓的樣品,因?yàn)樵跓釘D壓淬火和日常存放過(guò)程中存在一定的析出,為了保證時(shí)效強(qiáng)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(guò)12%,因此,為了保證時(shí)效強(qiáng)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(gè)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(guò)燒,固溶溫度溫度應(yīng)該不能超過(guò)474.5℃。結(jié)合現(xiàn)實(shí)操作中的溫度波動(dòng),保證合金不會(huì)發(fā)生過(guò)燒,溫度控制在465℃較為合適。固溶時(shí)間為1h。[4,5]

        2 AlZnMg合金單級(jí)時(shí)效工藝

        圖2為AlZnMg合金在不同時(shí)效溫度下,時(shí)效時(shí)間和硬度的關(guān)系曲線。時(shí)效溫度為100℃時(shí),合金在時(shí)效初期,硬度從90HV迅速升高,約時(shí)效10h后達(dá)到峰值,約175HV,隨后進(jìn)入平臺(tái)區(qū),時(shí)效至80h時(shí)約175HV。

        時(shí)效溫度為120℃時(shí),合金在時(shí)效初期,硬度從90HV迅速升高,約時(shí)效18h后達(dá)到峰值,約192HV,隨后進(jìn)入平臺(tái)區(qū),時(shí)效至80h時(shí)約188HV。

        時(shí)效溫度為140℃時(shí),合金在時(shí)效初期,硬度從90HV迅速升高,約時(shí)效10h后達(dá)到峰值,約193HV,時(shí)效至30h后,硬度開(kāi)始逐步下降,時(shí)效至80h時(shí)約182HV。

        時(shí)效溫度為160℃時(shí),合金在時(shí)效初期,硬度從90HV迅速升高,約時(shí)效8h后達(dá)到峰值,約195HV,隨后硬度快速下降,時(shí)效至20h時(shí)約175HV,時(shí)效至80h時(shí),硬度僅僅只有165HV。

        通過(guò)圖2可以看到,不同的時(shí)效溫度對(duì)合金的時(shí)效效果不同,低溫100℃時(shí)效時(shí)合金時(shí)效強(qiáng)化效率較慢,最高硬度不高,但是抗過(guò)時(shí)效能力較強(qiáng),長(zhǎng)時(shí)間時(shí)效,硬度基本沒(méi)有下降。120℃時(shí)效時(shí),合金強(qiáng)化速度提高,最高硬度達(dá)到了192HV,抗過(guò)時(shí)效能力也較強(qiáng)。高溫140℃時(shí)效時(shí),初期硬化速度較快,峰值可以達(dá)到193HV,過(guò)時(shí)效后,硬度有所下降,80h下降至182HV。超高溫160℃時(shí)效時(shí)初期硬化速率超快,時(shí)效8h即可達(dá)到峰值195HV,但抗過(guò)時(shí)效能力較弱,時(shí)效至10h后硬度就開(kāi)始下降,時(shí)效80h時(shí)硬度僅僅只有165HV。結(jié)合各個(gè)溫度的硬化速率,峰值硬度,還有抗過(guò)時(shí)效能力,120℃為合適的時(shí)效溫度,峰值硬度為192HV。最佳單級(jí)時(shí)效峰時(shí)效工藝為120℃時(shí)效18h。

        3 結(jié)論

        (1)該AlZnMg合金固溶溫度溫度不能超過(guò)474.5℃。結(jié)合現(xiàn)實(shí)操作中的溫度波動(dòng),保證合金不會(huì)發(fā)生過(guò)燒,溫度控制在465℃較為合適。

        (2)該AlZnMg合金合適的時(shí)效溫度為120℃,峰值硬度為192HV。最佳單級(jí)時(shí)效峰時(shí)效工藝為120℃時(shí)效18h。

        參考文獻(xiàn):

        [1]吳一雷,李永偉.高強(qiáng)高韌度鋁合金的發(fā)展和應(yīng)用[J].航空材料學(xué)報(bào),1994,2(1):49-55.

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        [3]陳昌麟.超高強(qiáng)鋁合金的發(fā)展[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào),2002(12):22-27.

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