再時效對過時效7B50合金力學及腐蝕性能的影響

劉維，陳康華，陳送義，董朋軒，孫擎擎

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再時效對過時效7B50合金力學及腐蝕性能的影響

劉維，陳康華，陳送義，董朋軒，孫擎擎

(中南大學 粉末冶金國家重點實驗室，湖南 長沙，410083)

采用透射電子顯微鏡觀察(TEM)、電化學阻抗譜法(EIS)及力學性能測試等研究不同雙級過時效溫度下再時效對雙級過時效7B50合金顯微組織和力學性能的影響，并將雙級過時效?再時效處理條件下合金性能峰值點與單級峰時效、雙級過時效及常規回歸再時效進行顯微組織及力學和腐蝕性能的對比。結果表明：再時效可明顯提高雙級過時效態合金的性能；再時效處理后，合金強度在過時效溫度為160 ℃條件下達到峰值；與單級峰時效相比，雙級過時效?再時效峰值條件下，在保持高強度的同時，合金的電導率提高了13.4%，同時斷裂韌性也提升12.5%；與雙級過時效、常規回歸再時效和單級峰時效處理相比，在雙級過時效?再時效峰值條件下，合金具有高的抗剝落腐蝕性及低的應力腐蝕敏感性。

7B50合金；再時效；力學性能；腐蝕性能

7B50合金具有高的強韌性與優異的淬透------性，其綜合性能優于7B04和7050，已廣泛應用于國防、航空航天領域[1?3]，如7B50-T7751合金板材和擠壓材用于制造波音757，767及空中客車A310和麥道MD-11等飛機的上翼結構件[4]。高強度與低應力腐蝕抗力之間的矛盾一直以來是困擾7000系合金的難題。為解決合金峰值時效T6態的高應力腐蝕敏感性，1961年Alcoa公司開發了T73雙級過時效制度，減少了合金應力腐蝕的敏感性，并提高了合金的斷裂韌性，但合金的強度降低較多；同年又開發了T76制度，減少了強度的損失(9%~12%)，兼顧了合金的強度和腐蝕性能。以色列飛機公司CINA[5]提出的一種三級時效工藝回歸再時效(RRA)處理，為該難題提供了解決方法，使合金具有峰時效強度的同時又具有媲美雙級過時效T7X的耐蝕性，但由于其回歸的溫度高(200~280 ℃)，回歸時間短(0.5~1 h)，難以在大構件上應用。迄今為止，關于回歸再時效處理對7000系鋁合金組織和性能的影響，國內外學者做了大量研究[6?21]。然而，這些研究工作主要基于較高溫度上較短時間的回歸處理，在大厚板的時效處理中仍難以應用；本文作者在低溫長時過時效的基礎上，參考陳康華等[22]研究發明的一種Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金的時效熱處理方法，即預時效?過時效?再時效工藝，研究了不同雙級過時效溫度下再時效對雙級過時效態7B50合金硬度、電導率及拉伸性能的影響，并將雙級過時效?再時效處理條件下性能峰值點與峰值時效、雙級過時效及常規回歸再時效進行組織和性能的比較，為航空急需厚板的時效處理制度提供了試驗基礎和理論依據。

1 實驗

1.1 材料

實驗所用材料為東北輕合金有限責任公司提供的7B50擠壓材，通過EDX熒光光譜分析，測得其實際化學成分如表1所示。

表1 7B50合金的化學成分(質量分數)

1.2 材料的熱處理工藝

材料在高溫電阻爐中經480 ℃，0.5 h固溶，然后快速淬火(淬火水溫＜25 ℃)，淬火后，立即在在電熱鼓風干燥箱中進行不同制度的時效處理，具體時效工藝如表2所示。

表2 7B50合金的時效處理工藝

1.3 性能測試與組織觀察

采用HBRUV?187.5型布洛維光學硬度計測樣品硬度，載荷為294 N；用7501A渦流電導儀測試樣品電導率。每個樣品測試至少3次，取平均值。

采用美國Instron 3369力學試驗機測試進行試樣力學性能(強度及斷裂韌性)的測試，拉伸速率為 1 mm/min。

剝落腐蝕實驗按照ASTM G34—79標準進行。腐蝕溶液為4 mol/L NaCl+0.5 mol/L KNO3+0.1 mol/L HNO3，加蒸餾水稀釋至1 L。實驗溶液體積與試樣面積之比為25 mL/cm2，溶液溫度控制在(25±2) ℃，浸泡時間為48 h。

采用低應變速率拉伸試驗(SSRT)測試材料的SCC敏感性，試驗參照GB/T 1597.7—2000標準，在西安力拓低應變速率腐蝕拉伸機上進行。應變速率為3.3×10?7/s，所用腐蝕溶液為3%NaCl+5 mL/L H2O2，加蒸餾水稀釋至1 L。采用斷裂時間和斷裂時的最大強度綜合評價材料的應力腐蝕敏感性。

電化學阻抗譜(EIS)測試在CHI660C電化學工作站上進行，采用飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉑電極作為輔助電極，腐蝕溶液體系為EXCO(4 mol/L NaCl+0.4 mol/L KNO3+0.1 mol/L HNO3)溶液，試驗溫度保持在25 ℃左右，測試面為S-L面，面積為1 cm2。電化學阻抗測試于開路電位穩定時進行，測試頻率為1×105~1×10?2Hz，激勵信號幅值為10 mV。

透射電鏡薄片樣厚度減至0.08 mm，在MTP?1 雙噴電解減薄儀上雙噴減薄、穿孔，電解液體積比為：(硝酸)?(甲醇)=3?7，溫度控制在?25 ℃以下，電壓為15~20 V，電流為60~80 mA。在JEM?2100F型透射電鏡上進行組織觀察。

2 實驗結果與討論

2.1 力學性能和電導率

圖1所示為不同過時效溫度下，雙級過時效及再時效處理過程中7B50合金硬度、強度和電導率的變化曲線。由圖1可知：雙級過時效過程中，隨著過時效溫度的升高，合金的硬度和強度呈單調下降趨勢，在較高溫度(＞170 ℃)下，合金硬度和強度下降速率明顯加快；合金電導率隨過時效溫度的升高呈單調上升趨勢，在較高溫度(＞170 ℃)下，合金電導率上升速率明顯增大。再時效處理后，合金硬度和強度隨過時效溫度的升高先升高后降低，存在一個峰值溫度 (160 ℃)；同時合金電導率呈單調上升趨勢。較雙級過時效態，雙級過時效?再時效后合金的硬度、強度及電導率都有明顯的提高。