1933鋁合金鍛件時效工藝研究

鄔建新，趙 斌，何 鵬，李玉紅

陜西飛機工業(yè)（集團）有限公司，陜西漢中 723215

0 引言

航空技術(shù)的發(fā)展對飛機用結(jié)構(gòu)材料提出了越來越高的要求，飛機用鋁合金材料從高強和低韌發(fā)展到高強高韌，進而向高強高韌、高斷裂韌性、高耐應力腐蝕發(fā)展。高強高韌、高斷裂韌性、高耐應力腐蝕的鋁合金成為飛機用鋁合金的發(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)飛機上開始得到應用，除了強度和延伸率高外，還具有優(yōu)異的抗疲勞、抗應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?shù)臒崽幚砉に噮?shù)。

鋁合金材料的電導率作為反映其綜合性能的指標，不僅反映了材料的導電能力，而且也與材料的成分和內(nèi)部組織有關(guān)，電導率作為性能指標與強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度、屈服強度、延伸率和電導率值，利用時效溫度及時間與抗拉強度、屈服強度、延伸率及電導率的影響關(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，進行電導率測定，加工成標準拉力棒后進行強度和延伸率試驗。

電導率測量所用設(shè)備為 Sigmatest2.067型渦流電導儀，強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。

2 試驗結(jié)果及分析

1933鋁合金鍛件經(jīng)465℃保溫4h后再進行不同的人工時效，與其它同系合金一樣采用雙級時效制度，測定其抗拉強度、屈服強度、延伸率和電導率值，繪制圖表，其抗拉強度、屈服強度、延伸率及電導率的變化規(guī)律如圖1所示。一級時效溫度變化對強度和延伸率變化不明顯，但高于125℃，強度損失較大；隨二級時效溫度的升高，強度迅速下降，延伸率升高； 一級時效時間對強度和延伸率及電導率的影響不大，二級時效的時間增加，電導率明顯提高，而強度和延伸率同時下降，時間延長，電導率升高趨緩，延伸率走平，強度持續(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)果我們進行理論分析，1933鋁合金組織由α固溶體及第二相質(zhì)點組成，第二相質(zhì)點按其生成機理可以分為三類. 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，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；第三類是時效強化質(zhì)點，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℃，強度達到最大值。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)點和第二類質(zhì)點在高溫下緩慢聚集長大，強度明顯降低，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，晶界的第二相和強化質(zhì)點聚集長大，在晶界的部分區(qū)域形成所謂的無沉淀析出帶，強度繼續(xù)下降，電導率升高，損失了部分強化效果，但由于晶界的腐蝕通道作用減弱，內(nèi)應力降低，抗應力腐蝕、疲勞性能進一步提高，綜合性能較好，合金處于進一步的過時效階段，1933鋁合金熱處理就是達到此種狀態(tài)，保證合金的抗應力腐蝕和斷裂韌性，而強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，電導率增加很小而強度和延伸率損失較大；隨二級時效的溫度的升高，強度迅速下降，電導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率和強度及延伸率的影響不大，隨著時間增加，電導率逐漸增加，高于11h，強度下降明顯。隨著2級時效的時間增加，電導率增加較大，強度及延伸率下降，但時間延長電導率增加趨緩，延伸率基本不變，而強度呈不斷下降趨勢。

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度、屈服強度、延伸率及電導率值，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.超高強度鋁合金的發(fā)展和應用[J].航空材料學報，1994，14(1)：49-55.

[2]劉員旭.金屬熱處理原理[M].北京：機械工業(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.中國有色金屬學報，2004，14(7)：1211-1216.

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