超高強(qiáng)鋁合金熱處理工藝解析

張 帷，王 輝，張 琪，王茂川，陳煜玢

（1.西南技術(shù)工程研究所，重慶 400039；2.重慶市育才中學(xué)校，重慶 400050；3.重慶長安汽車股份有限公司，重慶 400023）

超高強(qiáng)鋁合金最早出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代，那是工藝發(fā)展不完善，在應(yīng)力腐蝕以及缺口敏感上都存在一定問題，使其在應(yīng)用方面并未得到重視[1]。但隨著科技的發(fā)展，抗控技術(shù)突破了發(fā)展瓶頸，對結(jié)構(gòu)材料的要求也越來越高，減重、耐腐蝕、強(qiáng)度高已成為鋁合金必然發(fā)展趨勢。

1 材料制備與性能測試

（1）材料制備。本次研究的合金成分為：0.03%Ti，2.26%Cu，7.81%Zn，0.13%Zr，2.16%Mg。制作流程為半連續(xù)鑄錠→鑄錠均勻化→擠壓→固溶處理→多級時(shí)效。

（2）性能測試和組織分析。分別在470℃與500℃之間進(jìn)行試驗(yàn)，在檢定合金過燒溫度時(shí)采取金相法，檢定拉伸性時(shí)采取HB5143-80試驗(yàn)法，并通過H-800型透射電鏡觀察合金結(jié)構(gòu)。

2 均勻化處理

當(dāng)合金凝固時(shí)，有一定的枝晶偏析，對其進(jìn)行均勻化處理，能夠使晶內(nèi)化學(xué)成分降低，消除組織不均勻現(xiàn)象，防止鑄錠即將冷卻時(shí)出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，使鑄錠熱塑性得到改善。通過對合金采取均勻化處理，可使制作過程產(chǎn)生非平衡第二溶解，降低體積分?jǐn)?shù)，使塑性得到改善，使合金在基體的固溶度得到提升，進(jìn)而使合金強(qiáng)度更高。如果均勻化處理的時(shí)間越長，合金強(qiáng)度就會(huì)越高。在經(jīng)過均勻化處理后通過冷卻，可獲得較高密度的析出，在冷卻環(huán)境下，因鑄錠需要較長的冷卻時(shí)間，枝晶偏析不容易形核，數(shù)量出現(xiàn)明顯下降。

3 固溶處理

（1）強(qiáng)化固溶?，F(xiàn)階段，在進(jìn)行固溶處理時(shí)一般有兩種方法，分別是強(qiáng)化固溶與一般固溶。常規(guī)處理法是在特定溫度下，對其進(jìn)行保溫處理；而強(qiáng)化固溶法則是經(jīng)過保溫處理后，最快速度進(jìn)行升溫，直至溫度的最高點(diǎn)，并且在室溫環(huán)境下進(jìn)行冷卻。如果時(shí)效制度相同，就會(huì)顯示出強(qiáng)化固溶的優(yōu)點(diǎn)。

（2）高溫預(yù)析出處理。在485℃的溫度下，合金經(jīng)過固溶后，晶界較為干凈；而在465℃的溫度下，合金經(jīng)過預(yù)析出處理后，析出相會(huì)出現(xiàn)斷續(xù)分布狀態(tài)，晶內(nèi)較為干凈。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（1）固溶處理溫度確定。為了驗(yàn)證合金的固溶處理溫度，第一步就要對過燒溫度進(jìn)行測定，鑄錠在480℃的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，有輕微的過燒現(xiàn)象，擠壓棒材固溶處理溫度則為470℃。

（2）單級時(shí)效時(shí)間對電導(dǎo)率的影響。在120℃時(shí)，單級時(shí)效時(shí)間對電導(dǎo)率的曲線圖，從中我們不難發(fā)現(xiàn)，時(shí)效時(shí)間的推移，電導(dǎo)率存在一個(gè)低谷值，時(shí)間為16h，按照強(qiáng)度與電導(dǎo)率之間的關(guān)系，這時(shí)的強(qiáng)度為最大值，電導(dǎo)率隨著時(shí)間的推移逐步升高直至平緩狀態(tài)。

（3）DSA處理對維氏硬度和電導(dǎo)率的影響。在DSA工藝中，緩飽和處理在170℃與190℃之間變化時(shí)，硬度變化要更高，如下圖顯示，在170℃時(shí)，緩飽和處理后的硬度是先呈現(xiàn)上升趨勢，之后再隨著時(shí)間的推移遲緩下降；在190℃時(shí)，硬度先是降低，而且隨著溫度的不斷升高，下降速度也越來越快。

圖1 不同溫度緩飽和處理后顯微硬度

在此次試驗(yàn)中，隨著緩飽和的不同，在與時(shí)效進(jìn)行處理時(shí)所呈現(xiàn)的電導(dǎo)率變化基本一致，而且緩飽和時(shí)間不斷增加，電導(dǎo)率也隨之上升，溫度也較之前有較大幅度的上漲

（4）DSA和雙級時(shí)效對室溫拉伸和抗應(yīng)力腐蝕性能的影響。在T6狀態(tài)時(shí)，在經(jīng)過DSA后，屈服強(qiáng)度由明顯回收，回歸到了T6時(shí)的初始狀態(tài)，但在抗應(yīng)力腐蝕方面卻有一定升高。在雙級時(shí)效經(jīng)過DSA后，抗蝕性基本沒有較大變化，室溫拉伸卻有所下降。

5 結(jié)果分析和討論

時(shí)效在進(jìn)行DSA處理后，在第一階段中，強(qiáng)度要遠(yuǎn)不如最高值時(shí)的時(shí)效強(qiáng)度，只能利用合金元素形成島分布，在第二階段中，時(shí)效溫度也隨之上升，這時(shí)就能夠形成較為明顯的島穩(wěn)定，對于晶界來說，元素逐步向島靠攏，進(jìn)而使晶界減少，降低電位差，并提升抗腐蝕性，顯示出的顯微組織為晶界粗化，增加了間距。根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析我們可知，在溫度為170℃與180℃時(shí)，經(jīng)過DSA處理后的緩飽和溫度最優(yōu)，因?yàn)樵诠I(yè)生產(chǎn)中，厚零件需要較長的時(shí)效時(shí)間，因此在溫度為170℃時(shí)效果最佳，時(shí)效時(shí)間基本保持在1h至3h間。

6 結(jié)語

綜上所述，目前以我國在超高強(qiáng)度鋁合金熱處理方面的研究來看，熱處理技術(shù)發(fā)展較為緩慢，并沒有形成系統(tǒng)性，與國際上先進(jìn)國家的研究還存在一定差距，因此，需要相關(guān)工作者在這方面加大研究力度，并進(jìn)行更深層次的探索，借鑒國際上先進(jìn)的超高強(qiáng)度鋁合金熱處理技術(shù)，與我國實(shí)際國情相結(jié)合，使我國的研究成果能夠得到進(jìn)一步提升