陳 庚，苗景國(guó)，方 琴，苗 驍，葉 靚，鄧佳俊

（1.四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 德陽(yáng) 618000；2.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，天津 300222）

0 引言

2A12鋁合金是最為常見(jiàn)的一種2×××系高強(qiáng)硬鋁合金，美國(guó)牌號(hào)2024，廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸、工業(yè)設(shè)備等重要領(lǐng)域[1-2]。為了提升此類材料的使用壽命和綜合性能，通常利用熱處理來(lái)達(dá)到目的。2A12鋁合金目前最常見(jiàn)的熱處理工藝為固溶結(jié)合時(shí)效處理。閆凡等[3]研究了雙級(jí)時(shí)效處理對(duì)變形2A12鋁合金組織與性能的影響，發(fā)現(xiàn)雙級(jí)時(shí)效對(duì)鐓粗變形2A12鋁合金抗拉強(qiáng)度的提升效果明顯強(qiáng)于單級(jí)時(shí)效。杜森[4]研究了退火、固溶處理對(duì)2A12鋁合金包鋁薄板組織性能及表面形貌的影響，發(fā)現(xiàn)經(jīng)380 ℃/2.5 h退火熱處理后的合金板材具有較低的強(qiáng)度以及較高的延伸率，再對(duì)2A12鋁合金包鋁板材直接進(jìn)行495 ℃/10 min的固溶熱處理后效率更高，可以獲得更佳的性能與表面形貌。桂文奇[5]研究了T6工藝對(duì)2024鋁合金析出相及性能的影響，研究表明T6態(tài)熱處理能夠有效提升2024鋁合金的力學(xué)性能。劉春梅等[6]研究了預(yù)時(shí)效處理對(duì)2A12鋁合金形變熱處理工藝的影響，結(jié)果顯示經(jīng)過(guò)180 ℃/30 min預(yù)時(shí)效處理的試樣在終時(shí)效后具有最高的硬度，其顯微組織中第二相粒子較為細(xì)小且分布均勻，從而具有最佳的綜合力學(xué)性能。由此可見(jiàn)，2A12鋁合金傳統(tǒng)的熱處理工藝已經(jīng)研究得較為透徹，尋求一種全新的熱處理工藝成為廣大研究人員不斷追求的方向。

非等溫時(shí)效工藝是近年來(lái)新興起來(lái)的一種熱處理工藝，它通過(guò)不斷改變溫度對(duì)合金進(jìn)行時(shí)效處理，在鋁合金的熱處理應(yīng)用上已日趨成熟[7]。付多輝等[8]研究了7055鋁合金非等溫時(shí)效析出過(guò)程及力學(xué)性能變化，余罡等[9]研究了非等溫時(shí)效對(duì)7003鋁合金組織和性能的影響，李吉臣等[10]研究了非等溫時(shí)效對(duì)7B50鋁合金組織及性能的影響。從目前的研究中可以發(fā)現(xiàn)，非等溫時(shí)效處理的研究主要集中在7×××系鋁合金上，在2×××系鋁合金上的應(yīng)用鮮有文獻(xiàn)研究。本文通過(guò)對(duì)2A12鋁合金進(jìn)行非等溫時(shí)效處理研究，并與傳統(tǒng)的T74雙級(jí)時(shí)效處理進(jìn)行比較，探討非等溫時(shí)效工藝對(duì)2A12鋁合金組織和性能的影響，為2A12鋁合金的系統(tǒng)研究提供一些參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用2A12鋁合金由某公司購(gòu)得，化學(xué)成分如表1所示。利用切割機(jī)將2A12鋁合金切割成20 mm×20 mm×5 mm的試驗(yàn)試樣和標(biāo)準(zhǔn)尺寸的拉伸試樣。具體熱處理工藝為：1）T74處理：固溶處理，495 ℃×50 min，水淬，轉(zhuǎn)移時(shí)間小于5 s；雙級(jí)時(shí)效處理，120 ℃×3 h+180 ℃×6 h，水淬，轉(zhuǎn)移時(shí)間小于5 s。2）非等溫時(shí)效處理：固溶處理，495 ℃×50 min，水淬，轉(zhuǎn)移時(shí)間小于5 s；非等溫時(shí)效處理，30 ℃~170 ℃/20（即以20 ℃/h的升溫速率從30 ℃升高到170 ℃），水淬，轉(zhuǎn)移時(shí)間小于10 s。

表1 2A12鋁合金的化學(xué)成分 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

1.2 檢測(cè)方法

用LEICA MDMI5000M+DFC450/M80+IC3D型徠卡金相顯微鏡觀察金相組織；用JMHV0.2S-1000維氏硬度計(jì)檢測(cè)硬度（5點(diǎn)取平均值）；用WDW-50電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)抗拉強(qiáng)度（3根取平均值）。通過(guò)晶間腐蝕試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)合金的抗腐蝕性能，具體步驟為試樣鑲樣后進(jìn)行打磨、拋光處理，用丙酮和去離子水清洗，并將不同熱處理工藝下獲得的試樣同時(shí)浸泡在10 wt.%的NaOH溶液中10 min~15 min；隨后放入30 vol.%HNO3溶液中至試樣表面光亮，取出后用去離子水洗凈吹，將試樣懸掛在腐蝕液中，腐蝕液為114 g NaCl+20mL H2O2稀釋至2 000 mL；燒杯放在恒溫水浴鍋中，溫度控制在30±2 ℃，腐蝕時(shí)間為6 h，每組參數(shù)腐蝕3個(gè)試樣；最后沿垂直于腐蝕面的方向?qū)Ωg好的試樣進(jìn)行取樣，對(duì)截面進(jìn)行打磨、拋光處理，用LEICA MDMI5000M+DFC450/M80+IC3D型徠卡金相顯微鏡觀察、測(cè)量每個(gè)樣品的最大晶間腐蝕深度。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 兩種熱處理工藝對(duì)2A12鋁合金組織的影響

圖1為不同熱處理工藝下2A12鋁合金的金相組織形貌。從圖中可以看出，在T74態(tài)下2A12鋁合金的組織呈現(xiàn)出較明顯的纖維狀排列，較多的、細(xì)小的彌散強(qiáng)化相從飽和固溶體中析出，晶粒整體表現(xiàn)出細(xì)小的形態(tài)，但仍存在少量個(gè)別晶粒合并的現(xiàn)象。一級(jí)時(shí)效中形成的G.P.區(qū)經(jīng)過(guò)二次加熱后，產(chǎn)生了彌散分布的、細(xì)小的S′相[11]，此外，θ相和S相也逐漸脫溶析出，在晶界上均勻地排列，在一定程度上起到了強(qiáng)化的作用[12]。相較而言，在非等溫時(shí)態(tài)下，晶粒的形狀更加規(guī)則一致，晶粒尺寸較明顯地變大，但是更多的第二相粒子溶入到晶內(nèi)和晶界，組織中殘余的第二相粒子數(shù)量較T74態(tài)更少，且分布更加均勻，這使得2A12鋁合金的硬度和強(qiáng)度有所提升。

圖1 不同熱處理工藝下2A12鋁合金的金相組織

2.2 兩種熱處理工藝對(duì)2A12鋁合金力學(xué)性能的影響

表2為不同熱處理工藝下2A12鋁合金的力學(xué)性能。

由表2可知，在T74態(tài)下合金的硬度和抗拉強(qiáng)度值均較低，僅為118 HV和428 MPa。在經(jīng)過(guò)了非等溫時(shí)效處理后，合金的硬度和抗拉強(qiáng)度值獲得了較明顯的提升，分別達(dá)到了139 HV和442 MPa，較T74態(tài)提高了18%和3%。造成這樣的結(jié)果，和非等溫時(shí)效處理過(guò)程中析出的強(qiáng)化相粒子的種類和所占比重密切相關(guān)。在析出時(shí)，析出相會(huì)與位錯(cuò)發(fā)生纏結(jié)，同時(shí)引發(fā)晶格畸變，并在二者的相互作用下引發(fā)共格應(yīng)變強(qiáng)化，使得合金的硬度和抗拉強(qiáng)度不斷提高[13]。

表2 不同熱處理工藝下2A12鋁合金的力學(xué)性能

2.3 兩種熱處理工藝對(duì)2A12鋁合金抗腐蝕性能的影響

圖2為不同熱處理工藝下2A12鋁合金的晶間腐蝕結(jié)果，由圖2可知，兩種熱處理工藝下2A12鋁合金均呈現(xiàn)出較典型的網(wǎng)狀沿晶腐蝕特點(diǎn)。

圖2 不同熱處理工藝下2A12鋁合金的耐腐蝕性能

進(jìn)一步測(cè)量可知，T74態(tài)下試樣的晶間腐蝕深度約為99.5 μm，非等溫時(shí)效態(tài)下試樣的晶間腐蝕深度更大，達(dá)到了118.2 μm。合金的腐蝕與所含元素有關(guān)，2A12鋁合金S′相中的Mg元素具有高的活性，會(huì)在腐蝕過(guò)程中優(yōu)先溶解，而該相中的Cu元素活性不足，隨著腐蝕的不斷進(jìn)行，會(huì)產(chǎn)生富集現(xiàn)象，并形成無(wú)沉淀析出帶，進(jìn)而產(chǎn)生陽(yáng)極溶解。T74態(tài)經(jīng)過(guò)了雙級(jí)時(shí)效處理，在合金中的S′相數(shù)量不多，并且晶界上的析出相呈斷續(xù)分布，進(jìn)一步阻礙了腐蝕的擴(kuò)展，因而抗腐蝕能力較強(qiáng)[14]。相較而言，非等溫時(shí)效態(tài)下合金中的S′相尺寸更大，晶界上的析出相更多，抗腐蝕性能略差。

此外，在兩種熱處理工藝下，晶間腐蝕層間均出現(xiàn)了局部輕微的點(diǎn)蝕現(xiàn)象（如圖中箭頭所示），這和基體中含有的AlCuFeMnSi相有關(guān)，它與基體Al相存在電位差，同時(shí)該相的電位高于基體Al相，導(dǎo)致其周圍的基體Al相發(fā)生了陽(yáng)極溶解，并使得AlCuFeMnSi相發(fā)生了脫落，進(jìn)而形成了點(diǎn)蝕現(xiàn)象。

3 結(jié)論

1）在T74態(tài)下2A12鋁合金的硬度和抗拉強(qiáng)度值均低于非等溫時(shí)效態(tài)。

2）兩種熱處理工藝狀態(tài)下2A12鋁合金的晶間腐蝕結(jié)果均呈現(xiàn)出較明顯的網(wǎng)狀沿晶腐蝕特點(diǎn)，非等溫時(shí)效態(tài)下的腐蝕深度更大，抗腐蝕能力略低于T74態(tài)。

3）綜合來(lái)看，經(jīng)非等溫時(shí)效處理后，2A12鋁合金的綜合性能更好。