7050鋁合金厚板組織性能的研究

7050鋁合金厚板組織性能的研究

對合金板的化學成分的影響該飛機的主要部件采用70納米的高強度鋁，與歐洲、美國和母海相結(jié)合。這是航空工業(yè)所需要的重要材料。該合金板經(jīng)化學成分優(yōu)化、淬火預(yù)拉伸、雙級時效等工藝處理,顯著降低淬殘余應(yīng)力,控制合金強度,獲得優(yōu)良的綜合性能。本試驗結(jié)合工業(yè)生產(chǎn),在熱處理、預(yù)拉伸等工藝進行開發(fā)研究,確定7050合金厚板T7651狀態(tài)工藝制度,生產(chǎn)出滿足型號工程標準要求且產(chǎn)品主要指標達到用戶要求的預(yù)位伸厚板,并為將來批量試制打下基礎(chǔ)。1測試1.1m1330鑄錠按表1化學成分配制7050合金熔體,用半連續(xù)水冷鑄造方法生產(chǎn)400mm×1120mm×1550mm鑄錠,鑄錠要求一級疏松、一級氧化;經(jīng)510～540℃,30h均勻化處理、鋸切、銑面后,用7A01合金進行工藝包鋁,金屬溫度380～440℃,采用高溫、高速、大壓下量軋制工藝熱軋至50mm后切取試樣50mm2塊、170mm1塊供試驗用。1.2超聲波探傷a級1.2.1力學性能應(yīng)符合表2規(guī)定1.2.2斷裂韌性應(yīng)符合表3規(guī)定1.2.3超聲波探傷符合A級要求;剝落腐蝕等級不大于EB級;板材電導率不小于21.5MS/m;板材C環(huán)應(yīng)力腐蝕試驗按HB5259進行,高向施加170MPa應(yīng)力,30天(720小時)不開裂。1.3試驗結(jié)果與分析為了研究淬火溫度、時效溫度及時效時間對板材組織與性能的影響,在實驗室中作以下實驗以確定其熱處理制度。1.3.1淬火溫度的研究(見表4)為防止出現(xiàn)過燒,結(jié)合鹽浴爐生產(chǎn)實際和表4數(shù)據(jù)我們選取淬火最佳溫度為470～475℃。1.3.2經(jīng)查閱7XXX系時效制度工業(yè)統(tǒng)計和有關(guān)文獻確定一級時效溫度為121±1℃,為使材料獲得合適的強度以保證材料綜合性能按以下二級時效制度進行研究,見表5。1.3.2實驗結(jié)果,見表6、表7。從表6、表7中可以看出,力性能隨時效溫度的升高而降低,斷裂韌性在071試樣二級時效制度時達到峰值。由此選取071試樣制度作為工業(yè)化生產(chǎn)時效制度。綜上試驗結(jié)果得出7050T7651熱處理制度如下:A淬火制度:鹽浴槽定溫473±2℃;保溫時間180分鐘;淬火轉(zhuǎn)移時間≤20秒;淬火水溫,室溫。B時效制度:測溫生產(chǎn),定溫140℃,測金屬高點溫度達85℃時,改定溫120℃(每區(qū)改溫),測金屬低點溫度達117℃時,不停電不停風保溫5h(金屬要求溫度120±3℃)。再次改定溫190℃,測金屬高點溫度達155℃時,改定溫174℃(每區(qū)改溫),測金屬低點溫度達171℃時,不停電不停風保溫15h(保溫時間從金屬低點溫度達171℃時開始計算),金屬要求溫度174±3℃。金屬溫度超過176℃時,開爐門控制金屬溫度。1.3.3工業(yè)化生產(chǎn)結(jié)果,如表8、表9所示。其它指標檢測結(jié)果:超聲波探傷符合A級要求;剝落腐蝕等級不大于EB級;板材電導率21.9MS/m。應(yīng)力腐蝕結(jié)果合格;拉伸量2.6%。2試驗結(jié)果分析2.17050合金是美國Alcoa鋁業(yè)公司20世紀70年代研制出的優(yōu)質(zhì)鋁合金,具有高強、高韌和抗腐蝕優(yōu)良的綜合性能。該合金在常用的7075合金基礎(chǔ)上,增加了鋅、銅含量,增大了鋅/鎂比,大幅度減少了鐵、硅雜質(zhì)含量。該合金由于Zn、Mg含量的增加,時效強化相的體積分數(shù)增加,晶界沉淀相覆蓋晶界的比率也增大,為了保證強度和耐蝕性的良好結(jié)合,必須采用新的熱處理工藝。通過調(diào)整7050合金的化學成分,提高純度,采用良好的熱處理工藝,調(diào)整合金的組織結(jié)構(gòu),從成分和組織上保證合金的強度和韌性。鋁合金經(jīng)過熱處理后,其微觀結(jié)構(gòu)特征—GP區(qū),基體沉淀和晶界沉淀的種類、大小和分布,無沉淀帶的寬度以及分布等發(fā)生了變化,而這些對其力學性能和應(yīng)力腐蝕性能有重要影響。7050合金應(yīng)力腐蝕裂紋一般沿晶界擴展,因此晶界的化學性質(zhì)對應(yīng)力腐蝕起著十分重要的作用。一般認為基體沉淀相愈彌散、細小,合金強度愈高,晶界沉淀相越粗大、離散,則抗應(yīng)力腐蝕性能就越好。從本研究預(yù)拉伸厚板的低倍組織觀察(見圖1),晶細小均勻,沒有冶金缺陷。進一步開展金相組織高倍分析(見圖2),厚板變形充分,初生的鐵、硅雜質(zhì)相減少。良好的組織狀態(tài)有利于本研究合金獲得高強度和良好斷裂韌性性能,通過熱處理工調(diào)整,進一步保證合金的耐腐蝕性(電導率性能間接體現(xiàn))。2.27050合金厚板在淬火時產(chǎn)生殘余應(yīng)力,表層金屬產(chǎn)生拉應(yīng)力,內(nèi)層金屬產(chǎn)生壓應(yīng)力。隨著板材的進一步冷卻,板材芯部收縮受到硬化表層的約束,因此心部殘余應(yīng)力呈拉應(yīng)力,而表層殘余應(yīng)力呈壓應(yīng)力。而且由于表層冷卻快,晶粒較細小,屈服極限較高,預(yù)拉伸時在試樣端部施加的是均勻外力,屈服極限較低的芯部易于發(fā)生塑性變形,最后導致表層金屬殘余有壓應(yīng)力,內(nèi)部金屬殘余有拉應(yīng)力。經(jīng)采用1.5%～3.0%拉伸量的塑性變形后,殘余應(yīng)力基本消除,并且板材表面平直度達到縱向≤3mm/全長,橫向≤3mm/m。綜合上述試驗結(jié)果及分析,認為7050-T7651板材生產(chǎn)工藝參數(shù)為:淬火溫度473±2℃/180min,轉(zhuǎn)移時間小于20s,淬火后4h內(nèi)預(yù)位伸變形量1.5%～3.0%,間隔時間不大于48h,時效制度121±2℃/5h+174±2℃/15h。其綜合性能可滿足材料供貨協(xié)議的要求。3預(yù)拉伸變形量單位間隔時間3.17050-T7651板材生產(chǎn)工藝參數(shù)為:淬火溫度473±2℃/150分鐘,轉(zhuǎn)移時間小于20s,淬火后4h內(nèi)預(yù)拉伸變形量1.5%～3.0%,間隔時間不大于48h,