超高強鋁合金熱處理工藝解析

張 帷，王 輝，張 琪，王茂川，陳煜玢

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

超高強鋁合金最早出現在20世紀50年代，那是工藝發展不完善，在應力腐蝕以及缺口敏感上都存在一定問題，使其在應用方面并未得到重視[1]。但隨著科技的發展，抗控技術突破了發展瓶頸，對結構材料的要求也越來越高，減重、耐腐蝕、強度高已成為鋁合金必然發展趨勢。

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。制作流程為半連續鑄錠→鑄錠均勻化→擠壓→固溶處理→多級時效。

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

2 均勻化處理

當合金凝固時，有一定的枝晶偏析，對其進行均勻化處理，能夠使晶內化學成分降低，消除組織不均勻現象，防止鑄錠即將冷卻時出現內應力，使鑄錠熱塑性得到改善。通過對合金采取均勻化處理，可使制作過程產生非平衡第二溶解，降低體積分數，使塑性得到改善，使合金在基體的固溶度得到提升，進而使合金強度更高。如果均勻化處理的時間越長，合金強度就會越高。在經過均勻化處理后通過冷卻，可獲得較高密度的析出，在冷卻環境下，因鑄錠需要較長的冷卻時間，枝晶偏析不容易形核，數量出現明顯下降。

3 固溶處理

（1）強化固溶。現階段，在進行固溶處理時一般有兩種方法，分別是強化固溶與一般固溶。常規處理法是在特定溫度下，對其進行保溫處理；而強化固溶法則是經過保溫處理后，最快速度進行升溫，直至溫度的最高點，并且在室溫環境下進行冷卻。如果時效制度相同，就會顯示出強化固溶的優點。

（2）高溫預析出處理。在485℃的溫度下，合金經過固溶后，晶界較為干凈；而在465℃的溫度下，合金經過預析出處理后，析出相會出現斷續分布狀態，晶內較為干凈。

4 實驗結果

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

（2）單級時效時間對電導率的影響。在120℃時，單級時效時間對電導率的曲線圖，從中我們不難發現，時效時間的推移，電導率存在一個低谷值，時間為16h，按照強度與電導率之間的關系，這時的強度為最大值，電導率隨著時間的推移逐步升高直至平緩狀態。

（3）DSA處理對維氏硬度和電導率的影響。在DSA工藝中，緩飽和處理在170℃與190℃之間變化時，硬度變化要更高，如下圖顯示，在170℃時，緩飽和處理后的硬度是先呈現上升趨勢，之后再隨著時間的推移遲緩下降；在190℃時，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

在此次試驗中，隨著緩飽和的不同，在與時效進行處理時所呈現的電導率變化基本一致，而且緩飽和時間不斷增加，電導率也隨之上升，溫度也較之前有較大幅度的上漲

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

5 結果分析和討論

時效在進行DSA處理后，在第一階段中，強度要遠不如最高值時的時效強度，只能利用合金元素形成島分布，在第二階段中，時效溫度也隨之上升，這時就能夠形成較為明顯的島穩定，對于晶界來說，元素逐步向島靠攏，進而使晶界減少，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。根據實驗分析我們可知，在溫度為170℃與180℃時，經過DSA處理后的緩飽和溫度最優，因為在工業生產中，厚零件需要較長的時效時間，因此在溫度為170℃時效果最佳，時效時間基本保持在1h至3h間。

6 結語

綜上所述，目前以我國在超高強度鋁合金熱處理方面的研究來看，熱處理技術發展較為緩慢，并沒有形成系統性，與國際上先進國家的研究還存在一定差距，因此，需要相關工作者在這方面加大研究力度，并進行更深層次的探索，借鑒國際上先進的超高強度鋁合金熱處理技術，與我國實際國情相結合，使我國的研究成果能夠得到進一步提升