Zn與Mg質(zhì)量比對(duì)Al-Zn-Mg-Cu合金淬火敏感性的影響

劉勝膽，尹邦文，李東鋒,3，雷越，張新明(1.中南大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙，410083；2.中南大學(xué) 教育部有色金屬材料科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙，410083；3.湖南工程學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，湖南 湘潭，411101)

Zn與Mg質(zhì)量比對(duì)Al-Zn-Mg-Cu合金淬火敏感性的影響

劉勝膽1,2，尹邦文1,2，李東鋒1,2,3，雷越1,2，張新明1,2
(1.中南大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙，410083；
2.中南大學(xué) 教育部有色金屬材料科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙，410083；
3.湖南工程學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，湖南 湘潭，411101)

采用末端淬火方法和硬度測(cè)試研究Zn與Mg質(zhì)量比m(Zn)/m(Mg)對(duì)Al-(3.0~5.0)Zn-(3.5~4.5)Mg-1.0Cu(質(zhì)量分?jǐn)?shù))合金淬火敏感性的影響。基于透射電子顯微鏡微觀組織觀察結(jié)果，根據(jù)Zn和Mg原子與空位的相互作用就m(Zn)/m(Mg)對(duì)淬火敏感性的影響機(jī)理進(jìn)行分析和討論。研究結(jié)果表明：m(Zn)/m(Mg)增大會(huì)降低合金的淬火敏感性，m(Zn)/m(Mg)為0.7，1.13和1.36的合金末端淬火試樣的淬透深度依次增加，分別為35，65和100 mm。m(Zn)/m(Mg)增大有利于慢冷試樣時(shí)效時(shí)η′沉淀強(qiáng)化相的均勻形核，得到數(shù)量多、細(xì)小彌散的η′沉淀強(qiáng)化相，提高強(qiáng)化效果，降低因冷卻速率減小而導(dǎo)致的硬度下降的程度，降低淬火敏感性。

Al-Zn-Mg-Cu合金；末端淬火；m(Zn)/m(Mg)；淬火敏感性

Al-Zn-Mg-Cu系合金具有比強(qiáng)度高、韌性良好和耐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，且易于加工，廣泛用作航空航天工業(yè)的結(jié)構(gòu)材料。近年來，飛機(jī)結(jié)構(gòu)件向著大型化、整體化的方向發(fā)展，要求使用大規(guī)格厚截面的Al-Zn-Mg-Cu合金材料(如厚板)，以減輕重量，提高可靠性。但Al-Zn-Mg-Cu系合金大都具有較高的淬火敏感性，即固溶后淬火速率減小，合金時(shí)效后的強(qiáng)度、硬度及耐蝕等性能下降[1-4]，這顯然不利于獲得性能高且均勻的厚截面材料。因此，如何不斷地降低Al-Zn-Mg-Cu系合金的淬火敏感性一直是人們所關(guān)注的課題。回顧以往的研究可知，Zn，Mg和Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其比例對(duì)Al-Zn-Mg-Cu系合金的淬火敏感性有很大的影響。一般而言，這3種元素總添加量增加，固溶后溶質(zhì)原子質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，冷卻時(shí)固溶體更容易分解，合金的淬火敏感性升高[5-7]。Zn，Mg和Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)的單獨(dú)升高通常都會(huì)提高合金的淬火敏感性[6-8]，但影響程度不同。劉勝膽等[5,9]認(rèn)為Cu對(duì)淬火敏感性的影響最大，其次是Mg和Zn；GARCIACORDOVILLA等[10]認(rèn)為Cu和Zn對(duì)淬火敏感性的影響相當(dāng)；劉文軍[11]認(rèn)為Mg對(duì)淬火敏感性的影響最顯著。另外，調(diào)整Zn與Mg的質(zhì)量比(m(Zn)/m(Mg))可改變合金的淬火敏感性。一般而言，m(Zn)/m(Mg)增大可推遲固溶體的分解，從而降低合金的淬火敏感性[6,12]。這些研究所關(guān)注的合金中的Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)大都高于5.0%，Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于3.0%。通過增加Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)和減少M(fèi)g質(zhì)量分?jǐn)?shù)來提高m(Zn)/m(Mg)雖可降低淬火敏感性，并獲得較好的強(qiáng)韌性，但Zn的密度較大(約為7.14 g/cm3)，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加不利于降低合金的密度。為了減輕飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量，降低合金的密度是最有效的一種途徑[13]。因此，本文作者將Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至5.0%以下，Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)提至3.0%以上，改變m(Zn)/m(Mg)制備Al-3Zn-4.5Mg-1Cu，Al-4Zn-3.5Mg-1Cu和Al-5Zn-3.5Mg-1Cu 3種合金，通過末端淬火的方法研究其淬火敏感性，結(jié)合透射電鏡微觀組織觀察結(jié)果就m(Zn)/m(Mg)對(duì)淬火敏感性的影響機(jī)理進(jìn)行分析和探討。研究結(jié)果可為密度更低的高強(qiáng)高韌高淬透性Al-Zn-Mg-Cu合金的研發(fā)提供參考。

1　實(shí)驗(yàn)

通過熔煉鑄造獲得Al-3Zn-4.5Mg-1Cu，Al-4Zn-3.5Mg-1Cu和Al-5Zn-3.5Mg-1Cu 3種合金。原材料采用高純鋁錠、鋅錠、鎂錠、鋁-銅中間合金和鋁-鋯中間合金，晶粒細(xì)化劑為Al-5Ti-B中間合金。合金的熔煉在石墨坩堝電阻爐內(nèi)進(jìn)行，熔煉溫度約為750℃，鑄造溫度約為710℃，采用C2Cl6除氣；得到直徑×長度為36 mm×200 mm的圓柱形鑄錠。采用SPECTRO MAXx直讀光譜儀測(cè)試3種合金的化學(xué)成分，結(jié)果如表1所示。由表1可知：1號(hào)和2號(hào)合金中的Zn和Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和一樣，但m(Zn)/m(Mg)增加；3號(hào)合金在2號(hào)合金的基礎(chǔ)上Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，Zn和Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和及m(Zn)/m(Mg)也進(jìn)一步增加。

將3種合金鑄錠放入箱式電阻爐中均勻化，工藝參數(shù)為400℃/12 h+470℃/24 h，然后銑面并切成直徑×長度為31 mm×100 mm圓柱形坯料。經(jīng)405℃/ 1 h預(yù)熱處理后，將坯料擠壓成直徑為9.6 mm的圓棒，模具加熱溫度為360℃。從圓棒上截取長度為150 mm的試樣用于末端淬火實(shí)驗(yàn)。試樣經(jīng)475℃/1 h固溶處理后，取出在專門的實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行末端淬火實(shí)驗(yàn)[7]，淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間小于5 s，采用室溫水對(duì)試樣一端進(jìn)行噴淋冷卻直至整個(gè)試樣的溫度降至50℃以下；然后將試樣放入循環(huán)鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行人工時(shí)效，120℃/24 h。通過線切割從時(shí)效后的試樣中間切出一塊厚度為3 mm的薄片，磨光后測(cè)試不同位置的維氏硬度，得到硬度與離水冷端距離的關(guān)系曲線來評(píng)價(jià)合金的淬火敏感性。硬度測(cè)試在數(shù)顯小負(fù)荷維氏硬度計(jì)200HVS-5上進(jìn)行，載荷為30 N。

表1　3種合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 1　Chemical compositions of three studied alloys　%

在時(shí)效后的試樣上距離水冷端5 mm和90 mm處分別切取薄片制備透射電鏡試樣，以研究淬火速率對(duì)3種合金微觀組織的影響。將薄片先預(yù)磨至 0.08 mm，沖成直徑為3 mm的圓片，然后在MTP-1A型雙噴電解儀上減薄，電解液采用80%CH3OH+20%HNO3(體積分?jǐn)?shù))的混合物，電壓為20 V，通過液氮冷卻，溫度控制在-25℃左右。微觀組織的觀察在TECNAIG2F 20型透射電鏡上進(jìn)行，加速電壓為200 kV。

2　結(jié)果與分析

2.1硬度曲線

圖1(a)所示為3種合金末端淬火試樣時(shí)效后的硬度曲線。由圖1(a)可知：在試樣整個(gè)長度上，1號(hào)合金的硬度最低，3號(hào)合金的最高。根據(jù)表1所示的成分，1號(hào)與2號(hào)合金相比，當(dāng)Zn和Mg總質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定時(shí)，Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，同時(shí)Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小可提高合金時(shí)效后的硬度；3號(hào)合金的Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，硬度也最高。3種合金的硬度隨著離水冷端距離的增加都呈下降趨勢(shì)，但下降的速率不同。為了更清楚地比較3種合金的淬火敏感性，以5 mm處的硬度為基準(zhǔn)，計(jì)算得到硬度保留值與距離的關(guān)系曲線，如圖1(b)所示。硬度保留值越大，合金的淬火敏感性越低。由圖1(b)可知：3種合金的硬度保留值曲線形狀明顯不同，隨距離增加，1號(hào)合金的硬度保留值下降最快，2號(hào)的其次，3號(hào)的最慢。若以硬度保留值90%的距離為淬透深度，則1號(hào)合金的淬透深度約為35 mm，此位置的維氏硬度約為141；2號(hào)合金的淬透深度約為65 mm，對(duì)應(yīng)的維氏硬度約為158；3號(hào)合金的淬透深度最大，約為100 mm，對(duì)應(yīng)的維氏硬度約為163。由此可知，3種合金中3號(hào)合金的淬火敏感性最低，1號(hào)合金的最高。

圖1　末端淬火試樣時(shí)效后硬度與離水冷端距離的關(guān)系以及硬度保留值曲線Fig.1　Hardness vs distance curves and hardness retention value curves of end-quenched and aged specimens

2.2透射電鏡照片

3種合金的淬火敏感性不同，這說明淬火速率對(duì)其微觀組織的影響也不同，圖2和圖3所示分別為末端淬火試樣中不同位置晶內(nèi)和晶界的透射電鏡照片。由圖2(a)~(c)可知：在離水冷端5 mm的位置，試樣時(shí)效后晶粒內(nèi)部都析出了高密度的沉淀強(qiáng)化相；根據(jù)相應(yīng)的<001>Al選區(qū)電子衍射斑點(diǎn)可知：除了鋁基體的斑點(diǎn)外，在1/3和2/3{220}處還出現(xiàn)了明顯的額外斑點(diǎn)，這顯然是來自于η′亞穩(wěn)相的斑點(diǎn)[14-15]。因此，3種合金試樣中的沉淀強(qiáng)化相都主要為η′亞穩(wěn)相。在相同的倍數(shù)下比較可發(fā)現(xiàn)，1號(hào)合金中η′亞穩(wěn)相的密度最小，粒徑較大，而3號(hào)合金中的η′亞穩(wěn)相的密度最大，粒徑最小，2號(hào)合金的η′亞穩(wěn)相的密度介于兩者之間。一般而言，沉淀強(qiáng)化相的密度越高，粒徑越小，強(qiáng)化效果越好[14,16]。因此，在這個(gè)位置，3號(hào)合金的維氏硬度最高(約為182)，2號(hào)合金的次之(約為175)，1號(hào)合金的最低(約為155)，與圖1(a)所示的硬度結(jié)果一致。另外，由于3種合金中都添加了Zr，形成Al3Zr彌散粒子，粒徑約為30 nm，其衍射斑點(diǎn)清楚地出現(xiàn)在<001>Al選區(qū)電子衍射斑點(diǎn)的1/2{220}位置，這些彌散粒子可有效地抑制再結(jié)晶，控制晶粒組織[17]。

由圖2(d)~(f)可知：在離水冷端90 mm的位置，晶粒內(nèi)部都析出了很多粒徑較大的棒狀η相粒子，這些粒子多數(shù)和粒徑更小的圓形Al3Zr彌散粒子聯(lián)系在一起。在緩冷時(shí)，Al3Zr彌散粒子往往充當(dāng)平衡相形核位置而促進(jìn)平衡相的析出[18-19]。η相粒子周圍的襯度更亮，觀察不到沉淀強(qiáng)化相的存在，形成了無沉淀析出區(qū)。1號(hào)合金中η相粒子的長度多數(shù)為50~160 nm，2號(hào)合金中其長度為50~200 nm，3號(hào)合金中其長度為50~350 nm；就數(shù)量而言，2號(hào)合金的最多，3號(hào)合金的次之，1號(hào)合金的最少。在更高倍數(shù)下觀察發(fā)現(xiàn)，如圖2(g)~(i)所示，3種合金中的η′沉淀強(qiáng)化相的密度和粒徑有差異。1號(hào)合金中的強(qiáng)化相的密度最小，粒徑最大(約為12 nm)，3號(hào)合金中的密度最大，粒徑最小(約為5 nm)，2號(hào)合金中的密度介于兩者之間。與5 mm的位置相比，3種合金中強(qiáng)化相的密度都更小，粒徑更大，因此硬度更低。

圖2　末端淬火試樣離水冷端不同距離處晶內(nèi)的透射電鏡照片F(xiàn)ig.2　TEM images of interior of grains at different locations from water-cooled end in end-quenched specimens

對(duì)試樣中晶界析出狀態(tài)觀察發(fā)現(xiàn)：隨著離水冷端距離的增加，大部分晶界上第二相的粒徑增加，分布不連續(xù)，晶界無沉淀析出帶的寬度也不斷增加，如圖3所示。在距離水冷端5 mm處，大部分晶界上的第二相粒子較小且呈連續(xù)分布狀態(tài)，無沉淀析出帶的寬度也窄，如圖3(a)~(c)所示，1號(hào)合金的晶界無沉淀析出帶的寬度約為60 nm，2號(hào)合金的約為40 nm，3號(hào)合金的約為30 nm。當(dāng)距離水冷端90 mm處時(shí)，大部分晶界上的第二相粒子的粒徑明顯增加，且呈不連續(xù)分布；晶界無沉淀析出帶寬度也明顯增加，如圖3(d)~(f)所示，1號(hào)合金中晶界無沉淀析出帶寬度為200 nm左右，2號(hào)合金的為160 nm左右，3號(hào)合金的為120 nm左右。無沉淀析出帶往往較基體更軟，因此，其寬度的增加相當(dāng)于減少了η′沉淀強(qiáng)化相的數(shù)量，也會(huì)降低時(shí)效后的硬度。

圖3　末端淬火試樣離水冷端不同距離處晶界的透射電鏡照片F(xiàn)ig.3　TEM images of grain boundaries at different locations from water-cooled end in end-quenched specimens

3　討論

Al-Zn-Mg-Cu系合金是可熱處理強(qiáng)化合金，通過時(shí)效處理在基體中形成細(xì)小、彌散分布的η′(MgZn2)沉淀強(qiáng)化相可顯著提高其強(qiáng)度和硬度。一般而言，η′沉淀相的數(shù)量越多、粒徑細(xì)小，強(qiáng)化效果越好，合金的硬度越高。η′沉淀強(qiáng)化相通常包括Zn和Mg 2種元素，因此固溶處理后保留在鋁基體中Zn和Mg元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)決定后續(xù)時(shí)效時(shí)這些相的數(shù)量及粒徑，從而決定合金硬度。固溶體中Zn和Mg元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一方面取決于Zn和Mg元素的添加量，另一方面取決于固溶后的冷卻速率。

當(dāng)固溶后冷卻速率快時(shí)，Zn和Mg元素基本都保留在固溶體中，因此，這2種元素添加量越大，基體中固溶的Zn和Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)也越高，這可提高時(shí)效時(shí)第二相析出的相變驅(qū)動(dòng)力，減小第二相晶核粒徑的臨界值，提高形核率[20]；因此，時(shí)效后得到的沉淀相的粒徑變小，數(shù)量增加，強(qiáng)化效果也增加。1號(hào)、2號(hào)合金中Zn和Mg總質(zhì)量分?jǐn)?shù)從7.64%提高至3號(hào)合金的8.50%時(shí)，合金時(shí)效后析出的η′沉淀相粒徑更小，數(shù)量更多(圖2)，因此硬度提高，如圖1(a)所示。另外，對(duì)比圖2(a)和圖2(b)發(fā)現(xiàn)：1號(hào)和2號(hào)合金的Zn和Mg總質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同，但后者中的的沉淀強(qiáng)化相明顯更加細(xì)小，數(shù)量更多。這應(yīng)該是因?yàn)閙(Zn)/m(Mg)增大有利于沉淀相的均勻形核析出[6]，提高了強(qiáng)化效果。冷卻速率慢時(shí)，雖然形成了一些較粗大的平衡相粒子(如圖2(d)~(f)所示)，但Zn和Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化對(duì)時(shí)效后基體中沉淀強(qiáng)化相析出狀態(tài)的影響規(guī)律與快速冷卻時(shí)相同，如圖2(g)~(i)所示末端淬火試樣90 mm位置處沉淀相的差別，因此3號(hào)合金的硬度最高，1號(hào)合金的最低，2號(hào)合金的居于兩者之間。

3種合金的淬火敏感性差別明顯，如圖1(b)所示，由于3種合金中的Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同，這種差別主要由Zn和Mg的變化而引起的。合金時(shí)效后硬度的下降速率及程度隨著m(Zn)/m(Mg)的增大而降低，即淬火敏感性降低。這種規(guī)律與以往高Zn低Mg合金方面的研究結(jié)果類似。張新明等[21]研究了m(Zn)/m(Mg)對(duì)7055鋁合金淬火敏感性的影響，2種合金中的Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別高達(dá)8.2%和8.4%，M g質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2.0%和1.8%，m(Zn)/m(Mg)分別為4.10和4.67；120℃時(shí)效后前者合金體現(xiàn)出來的淬火敏感性較后者的高7%~11%，即m(Zn)/m(Mg)增加降低了淬火敏感性。歐陽慧[22]研究了3種A l-Zn-M g-Cu的淬火敏感性，其Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為7.78%，8.58%和8.66%，對(duì)應(yīng)的M g質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 2.41%，2.00%和 1.45%，m(Zn)/m(Mg)分別為3.23，4.29和5.97。結(jié)果表明這3種合金末端淬火試樣的淬透層深度分別為65，100以上和90 mm，即合金的淬火敏感性隨m(Zn)/m(Mg)增加呈先降低再升高的趨勢(shì)。LIM等[6]在7175鋁合金成分范圍制備了4種合金，其中Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.63%~6.04%，M g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2.01%~2.65%，m(Zn)/m(Mg)分別為 2.1，2.4，2.8和 3.0，發(fā)現(xiàn)m(Zn)/m(Mg)增大可降低合金的淬火敏感性。相比之下，本研究的合金Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)更低，Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)更高，m(Zn)/m(M g)的范圍為0.70~1.36。因此，綜合這些結(jié)果可認(rèn)為m(Zn)/m(Mg)在0.70~4.67范圍增加時(shí)，A l-Zn-M g-Cu合金的淬火敏感性呈降低的趨勢(shì)。

Al-Zn-Mg-Cu合金固溶后冷卻速率慢時(shí)，固溶體會(huì)發(fā)生分解，在晶內(nèi)的彌散粒子和晶界上析出一些粗大的第二相(如η相)，這就大大減少了保留在固溶體中Zn和M g溶質(zhì)原子的數(shù)量，因而時(shí)效后得到的沉淀強(qiáng)化相的數(shù)量減少，合金的硬度和強(qiáng)度降低；這通常被認(rèn)為是淬火敏感性產(chǎn)生的主要原因[1,6,11,23]。當(dāng)冷卻速率小時(shí)，1號(hào)，2號(hào)和3號(hào)合金末端淬火試樣中在Al3Zr彌散粒子和晶界上都析出了粗大的第二相，如圖2(d)~(f)和圖3所示，因此，時(shí)效后的硬度必然下降，如圖1所示。一般而言，冷卻時(shí)粗大第二相的數(shù)量越多，淬火敏感性會(huì)越高[19]。但從圖2(d)~(f)可知：2號(hào)和3號(hào)合金中析出的粗大第二相的數(shù)量比1號(hào)合金的數(shù)量多，但淬火敏感性卻更低；這還需從基體中沉淀強(qiáng)化相的析出狀態(tài)不同來進(jìn)行分析，因?yàn)楹辖鸬挠捕戎饕Q于沉淀相的析出狀態(tài)[15]。冷卻速率除了減少固溶體中溶質(zhì)原子質(zhì)量分?jǐn)?shù)，還降低了空位(V)濃度，不利于時(shí)效時(shí)沉淀強(qiáng)化相的均勻形核析出[23]，也會(huì)降低合金時(shí)效后硬度。DUPASQUIER等[24]利用正電子壽命譜等手段研究了Al-Zn-Mg合金中的納米強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)淬火過程及剛剛淬完火時(shí)Zn-V團(tuán)簇較M g-V團(tuán)簇更易形成，數(shù)量更多；在后續(xù)的高溫時(shí)效時(shí)Zn-V團(tuán)簇更穩(wěn)定，而Mg-V團(tuán)簇很容易溶解。據(jù)此認(rèn)為，當(dāng)合金中Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加時(shí)，可形成更多的Zn-V團(tuán)簇，能在人工時(shí)效時(shí)穩(wěn)定存在，同時(shí)由于大量空位的存在可促進(jìn)Mg原子的擴(kuò)散，有利于高密度穩(wěn)定GP區(qū)的形成，并隨時(shí)效時(shí)間的延長轉(zhuǎn)變成η′強(qiáng)化相，最終得到η′相粒徑更小、密度更高的分布狀態(tài)，如圖2所示，強(qiáng)化效果更好，硬度更高。因此，m(Zn)/m(Mg)增大可減小空位濃度的不利影響，促進(jìn)慢冷試樣時(shí)效時(shí)η′強(qiáng)化相的均勻形核析出，從而減小冷卻速率變慢帶來的不利影響，降低淬火敏感性。

4　結(jié)論

1)對(duì)于 Al-(3.0~5.0)Zn-(3.5~4.5)Mg-1.0Cu(質(zhì)量分?jǐn)?shù))合金，其淬火敏感性隨著m(Zn)/m(M g)增大而降低，因此，m(Zn)/m(Mg)為1.36的合金末端淬火試樣的淬透深度達(dá)100 mm；m(Zn)/m(Mg)為1.13合金的次之，淬透深度為65 mm；m(Zn)/m(Mg)為0.70合金的最小，淬透深度為35 mm。

2)m(Zn)/m(Mg)增大可減小慢冷試樣中空位濃度降低的不利影響，促使η′沉淀強(qiáng)化相的均勻形核析出，提高強(qiáng)化效果，從而降低合金的淬火敏感性。

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(編輯劉錦偉)

Effect of mass ratio of Zn to Mg on quench sensitivity of Al-Zn-Mg-Cu aluminum alloys

LIU Shengdan1,2,YIN Bangwen1,2,LI Dongfeng1,2,3,LEI Yue1,2,ZHANG Xinming1,2
(1.School of Materials Science and Engineering,Central South University,Changsha 410083,China;
2.Key Laboratory of Nonferrous Metals Materials,Ministry of Education,Central South University, Changsha 410083,China;
3.School of Mechanical Engineering,Hunan Institute of Engineering,Xiangtan 411101,China)

The effects of m(Zn)/m(Mg)on quench sensitivity of Al-(3.0-5.0)Zn-(3.5-4.5)Mg-1.0Cu(mass fraction)were investigated by end quenching technique and hardness testing.According to the microstructure examination by the transmission electron microscopy,the mechanism of m(Zn)/m(Mg)on quench sensitivity was discussed based on the interaction between Zn,Mg atoms and vacancies.The results show that the increase of m(Zn)/m(Mg)tends to decrease quench sensitivity.The hardened depths of the end-quenched and aged specimens of the alloys with m(Zn)/m(Mg)of 0.70, 1.13 and 1.36 increase and the values are 35,65 and 100 mm,respectively.The increase of m(Zn)/m(Mg)is favorable for homogeneous nucleation of η′phase,and therefore leads to more and fine dispersed η′hardening precipitates in the slowly-quenched specimens after aging.And the strengthening effect is enhanced,the drop degree of hardness due to slow quenching is decreased,and consequently quench sensitivity is lowered.

Al-Zn-Mg-Cu alloy;end quenching;m(Zn)/m(Mg);quench sensitivity

劉勝膽，博士，副教授，從事高性能輕合金材料研究；E-mail:csuliusd@163.com；lsd_csu@csu.edu.cn

TG146.21

A

1672-7207(2016)07-2242-07

10.11817/j.issn.1672-7207.2016.07.009

2015-07-23；

2015-09-21

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2012CB619501)；國家國際科技合作專項(xiàng)項(xiàng)目(2013DFG51890)；中南大學(xué)升華育英計(jì)劃項(xiàng)目(2012)(Project(2012CB619501)supported by the National Basic Research Development Program(973 Program)of China; Project(2013DFG51890)supported by the International Science and Technology Cooperation Program of China;Project(2012)supported by the Yuying Project of Central South University)