時(shí)效時(shí)間對(duì)7B04 鍛件性能的影響

文／梁艷·陜西宏遠(yuǎn)航空鍛造有限責(zé)任公司

7B04 鋁合金的熱處理制度是固溶+時(shí)效，根據(jù)性能的需求可分為一次時(shí)效和二次時(shí)效。在溫度一定的情況下，時(shí)效時(shí)間對(duì)鍛件的性能影響很大。為了摸索7B04 熱處理時(shí)效時(shí)間對(duì)鍛件性能的影響，更好的控制現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品質(zhì)量，規(guī)范熱處理制度，本文通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，獲得了一種較為合理的二次時(shí)效制度，為生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品提供了理論指導(dǎo)。

7B04 鋁合金是在7A04 鋁合金的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改進(jìn)制成的一種高純高強(qiáng)鋁合金，屬Al-Zn-Mg-Cu 系，由于其具有密度小、強(qiáng)度高、加工性能好等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種飛機(jī)機(jī)身、蒙皮、機(jī)翼梁、大梁以及飛機(jī)和火箭中的高強(qiáng)度零件的制造，成為航空航天領(lǐng)域重要的材料。研究表明，該系鋁合金的強(qiáng)化主要來(lái)自固溶強(qiáng)化、時(shí)效強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化。

7B04 鋁合金熱處理制度是固溶+時(shí)效，為了避免強(qiáng)度損失，固溶后應(yīng)在2h 內(nèi)進(jìn)行人工時(shí)效。為了縮短時(shí)效時(shí)間、消除室溫停留的危害，通常采用雙級(jí)人工時(shí)效。雙級(jí)時(shí)效工藝的第一級(jí)時(shí)效相當(dāng)于成核階段，主要強(qiáng)化發(fā)生在這一階段；第二級(jí)時(shí)效為穩(wěn)定化階段，目的是在強(qiáng)度稍有下降的情況下，通過(guò)改變析出相的大小、形態(tài)和分布，從而改善材料的抗應(yīng)力腐蝕性能。根據(jù)零件在飛機(jī)上的實(shí)際承力情況，該材料的熱處理可分為T6、T73 和T74 狀態(tài)。

我公司為某廠提供的兩爐共6 批T73 狀態(tài)的7B04 鍛件在復(fù)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)部分鍛件強(qiáng)度高于標(biāo)準(zhǔn)的上限，經(jīng)復(fù)查我廠的生產(chǎn)鍛造記錄，雖然鍛件出廠檢驗(yàn)結(jié)果是合格的，但每批的二次時(shí)效時(shí)間各不相同，而且進(jìn)行過(guò)補(bǔ)充時(shí)效。因?yàn)閷?duì)于此類鍛件，我廠通常采用比較保守的方式，熱處理時(shí)二次時(shí)效采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最短時(shí)間，若時(shí)效后強(qiáng)度高于上限，則通過(guò)增加補(bǔ)充時(shí)效的方式來(lái)降低強(qiáng)度，因此導(dǎo)致了每次熱處理制度的差異，從而導(dǎo)致性能數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定。

近期我公司給某廠提供的7B04 鍛件在處理時(shí)也發(fā)現(xiàn)類似問(wèn)題，此批鍛件是鍛態(tài)交付，我廠只處理供方的理化料。由于該鍛件比較厚，淬透難，實(shí)際生產(chǎn)中將理化料切成85mm 厚的方塊進(jìn)行熱處理，熱處理制度是468℃×90min 水冷，115℃×8h 空冷和175℃×8h。理化結(jié)果顯示高向室溫抗拉強(qiáng)度高于標(biāo)準(zhǔn)上限，后來(lái)進(jìn)行一次補(bǔ)充時(shí)效，制度是175℃×5h，結(jié)果顯示補(bǔ)充時(shí)效后與時(shí)效前數(shù)據(jù)相差30 ～40MPa，強(qiáng)度略高于標(biāo)準(zhǔn)下限，若再延長(zhǎng)一小時(shí)甚至半小時(shí)，強(qiáng)度就會(huì)不合格。可見(jiàn)該材料對(duì)時(shí)效時(shí)間的敏感性很強(qiáng)，嚴(yán)格控制二次時(shí)效的時(shí)間對(duì)鍛件性能的影響至關(guān)重要。

研制過(guò)程

為了摸索7B04 熱處理時(shí)效時(shí)間對(duì)鍛件性能的影響，本文采用工藝試驗(yàn)的方法對(duì)其進(jìn)行研究。

試驗(yàn)用原材料為問(wèn)題鍛件的兩爐原材料，爐號(hào)分別為C1、D1。原材料復(fù)驗(yàn)項(xiàng)目：高低倍、室溫拉伸、超聲波探傷、化學(xué)成分等。廠家質(zhì)保書提供的數(shù)據(jù)與我廠復(fù)驗(yàn)的結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)11-CL-031B 的要求。

試驗(yàn)用鍛件在小鍛3t 設(shè)備上，采用自由鍛方式將分別取自 C1、D1 爐的φ180mm×150mm 棒材鍛成尺寸為320mm×140mm×85mm( 其中，尺寸320mm 為流線方向)的方塊。之后，將2 個(gè)鍛件分別均分成三段長(zhǎng)約為100mm 的試料，進(jìn)行熱處理試驗(yàn)，即熱處理用試驗(yàn)件共6 件，尺寸均為100mm×140mm×85mm。

熱處理試驗(yàn)過(guò)程中，熱處理制度均為T73 制度，具體熱處理方案如表1 所示。

表1 熱處理制度

試驗(yàn)結(jié)果與分析

鍛件理化測(cè)試按要求進(jìn)行，各試驗(yàn)件理化項(xiàng)目包括：電導(dǎo)率，室溫拉伸縱、橫、高向各2 根，高倍1 個(gè)，低倍1 個(gè)，斷口1 個(gè)。

室溫力學(xué)性能

由圖1 ～3 可看出性能數(shù)據(jù)總體趨勢(shì)是隨著二次時(shí)效時(shí)間的增加，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度逐漸降低，延伸率逐漸增加。在強(qiáng)度方面，方案1 性能結(jié)果最好，但和方案2 的結(jié)果相差并不大；方案2 和方案3 的強(qiáng)度相差20 ～30MPa 左右。在延伸率方面，方案3 性能結(jié)果最好，方案2 次之，但與方案3 相差也不大，方案1 性能最低。

二次時(shí)效時(shí)，合金內(nèi)部形成較穩(wěn)定的過(guò)渡相η'相，隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，晶內(nèi)η'相粗化，晶界η'相穩(wěn)定并長(zhǎng)大，因此經(jīng)過(guò)雙級(jí)時(shí)效處理后，合金的強(qiáng)度會(huì)有所下降，而且下降幅度逐漸變大。同時(shí)，由于這些合金晶界上分布著的斷續(xù)的粗大沉淀相，減小了應(yīng)力腐蝕和剝落腐蝕敏感性，從而提高了延伸率。

電導(dǎo)率

電導(dǎo)率性能數(shù)據(jù)對(duì)比如圖4 所示，由圖中可看出隨著二次時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，電導(dǎo)率逐漸增加，方案2與方案3 的增加幅度明顯小于方案1 與方案2 的增加幅度。這是因?yàn)殡S著時(shí)間的延長(zhǎng)，加速了時(shí)效析出相的聚集長(zhǎng)大，使合金迅速軟化，從而使得電導(dǎo)率提高，若時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，其時(shí)效析出相雖會(huì)進(jìn)一步聚集長(zhǎng)大，但其聚集長(zhǎng)大不明顯，因此導(dǎo)致電導(dǎo)率雖會(huì)隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)提高，但提高速度遞減。

綜合上述對(duì)比分析可以看出，在固溶溫度為470℃，一次時(shí)效溫度為115℃，二次時(shí)效溫度為175℃的情況下，二次時(shí)效時(shí)間定為10 小時(shí)，可獲得較為良好的綜合力學(xué)性能和電導(dǎo)率。

高、低倍及斷口

三種方案高、低倍組織及斷口都合格，低倍組織和斷口相差并不大，高倍都未出現(xiàn)過(guò)熱、過(guò)燒組織。

結(jié)論

⑴雙級(jí)時(shí)效過(guò)程中，隨著二次時(shí)效時(shí)間的增加，強(qiáng)度降低，電導(dǎo)率升高。

⑵7B04 鋁合金T73 狀態(tài)交付的鍛件，二次時(shí)效采用175℃×10h 時(shí)，可以保證在不大量犧牲強(qiáng)度的前提下獲得較好的綜合性能，該工藝對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐具有重要的參考價(jià)值。