固溶热处理对AA7085铝合金组织与性能的影响

４５０℃，ｌ ｈ一４８０℃，２ ｈ一４５５℃。
４群
Ｐｍｉａｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎ
０．５ ｈ＿＋４７０℃，１０ ｍｉｎ—ＷＯ＿
１２０℃．２４ｈ
Ｎｏｔｃ：ＷＱ—ｗａｔｅｒ ｑｕｅｎｄｉｎｇ
图２不同固溶处理并淬火合金的金相组织 Ｆｉｇ．２ Ｏｐｔｉｃａｌ ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｓ ｏｆｔｈｅ ｓ蚰ｐｌｅｓ ａ＆ｒ ｄｉｆＲ：ｒｅｎｔ
对４种不同样品进行固溶时效处理后，进行室温 拉伸试验，结果如表２。采用１群工艺处理，合金的抗 拉强度达到５４０ ＭＰａ，屈服强度为４６２ ＭＰａ，伸长率 为９．４％，而电导率只有２９．３％ＩＡＣＳ。当采用２群工艺 处理后，合金的抗拉强度降低到５２１ ＭＰａ，相应的屈 服强度也同样降低了２ｌ ＭＰａ，但电导率却提高到 ３１．１％ＩＡＣＳ。当采用３存工艺时，抗拉强度与屈服强度 相对ｌ撑工艺试样，分别降低了４５和３９ ＭＰａ，而电导 率却提高了１７％。当采用４撑工艺时，由于重固溶的时 间延长，合金的强度只比３孝工艺试样略高，而电导率 也超过了３２％ＩＡＣＳ。上述结果表明，当采用部分重固 溶工艺处理，合金的强度降低，而电导率却得到明显 提高。由于应力腐蚀与电导率是紧密相关的，电导率 越高，抗应力腐蚀性能越好，因此可以认为采用部分 重固溶工艺进行固溶时效处理后，合金的抗腐蚀性能 将会得到提高。
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万方数据
第３期
肖代红等：固溶热处理对ＡＡ７０８５铝合金组织与性能的影响
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１ 实验
实验采用ＡＡ７０８５铝合金，其成分为Ａｌ·７．５Ｚｎ． １．５Ｍｇ．１．６ｃｕ．０．２Ｚｒ，原材料以Ａ００纯铝、工业纯镁、 纯锌、Ａ１．５ｃｕ合金及Ａ１．４Ｚｒ合金等形式加入。合金熔 炼在电阻炉中进行，熔体温度在７２０℃时浇入铁模中。 铸锭在４５０℃进行均匀化处理２４ ｈ，然后在４３０℃以 自由锻的方式锻造成厚度１５ ｍｍ的板材，高度方向的 锻压变形量为９０％。锻压后的合金采用不同的固溶处 理工艺（如图１和表１），合金固溶处理后室温水淬， 在１２０℃时效处理２４ｈ。
摘要：采用拉伸试验、电导率测试、剥落腐蚀试验、金相观察及透射电镜分析等方法，研究了不同固溶热处理工艺
（包括常规固溶、高温预析出固溶与部分重固溶）对ＡＡ７０８５铝合金的强度、剥落腐蚀性能及显微组织的影响。结果表
明，采用部分重固溶工艺并时效处理后，合金的抗拉强度降低，但电导率与抗剥落腐蚀性能明显得到提高。其原因是
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图ｌ合金不同固溶工艺示意图
ｔ佗釉ｅｎｔ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ ｏｆ０４．０５ 基金项目：“９７３”项目（Ｇ２００５ＣＢ６２３７０４）；中国博士后科学基金特别资助项目（２００８０１３４８） 作者简介：肖代红，男，１９７１年生，博士，副研究员，中南大学粉末冶金国家重点实验室，湖南长沙４１００８３，电话：０７３１．８８７７８８０，
ＥＡ＋。
２．４透射电镜显微组织 通过采用ｌ撑、２群及３牟等３种不同的固溶工艺处理
并水淬，再在１２０℃时效２４ ｈ的试样，在透射电镜下 的显微组织如图４所示。很明显，３种试样的晶内均 析出了纳米级的析出相，根据文献［５，ｌＯ，ｌｌ】可知，这 些析出相是玎７相。同时也看到，采用１群固溶工艺并时 效处理后，玎’相的密度高于２撑和３撑工艺。这是由于采 用２样和３｝｝工艺处理后，固溶体中的空位的浓度降低， 使得用于形核的空位数量减少，从而使玎’相的析出体 积分数减少。对晶界进行观察显示，１撑工艺处理后， 晶界上产生连续分布的玎析出相（图４ａ中箭头所指）； 而采用２撑固溶工艺并时效后，晶界上的析出相呈非连 续分布，叩析出相粗大；当采用部分重固溶处理并时 效后，３撑工艺试样的晶界同样产生非连续析出，但晶 界析出相相对２群工艺的试样中叩析出相明显变小。离 散度增大。
从７０８５铝合金的强化机制主要是玎’相引起的沉
淀强化，高温固溶后淬火形成过饱和固溶体，在时效 过程中分解产生的析出相阻碍位错运动，因而得到很
高的强度。显然，过饱和程度降低，时效析出相的数 量将减少，从而降低强化效果。由于采用常规固溶并 时效处理，合金中晶内玎’析出相的密度高于高温预析 出和部分重固溶，因此合金的抗拉强度相对较高。
为进一步提高Ａｌ—ｚｎ．Ｍｇ—Ｃｕ系铝合金的强度、韧 性及抗腐蚀等综合性能，人们常采用微合金化与形变 热处理工艺对其进行改善。固溶处理是一种通过高温 保温处理后淬火的工艺，目的在于获得最大的过饱和 度，为后续的时效析出提供基础。目前固溶处理工艺 包括一步固溶（即常规固溶）、分级逐步升温固溶（即强 化固溶）【５｛】、先高温后低温固溶处理（即高温预析出处 理）【９．１１１。其中使用较多的是常规固溶（图ｌ中曲线 ＡＡＡ所示），其过程是在室温下直接升温到合金的极 限固溶温度（如４８０℃），以获得最大过饱和度，但一 步固溶的温度难以控制，容易导致合金发生过烧。强 化固溶是指在升温到极限固溶温度前（图１中曲线 ＢＢＢ所示），预先在低温（如４７０℃）保温一定时间，
热处理后的试样在ＬＥＩＣＡ ＭＥＦ４Ａ／Ｍ显微镜上进 行金相观察。显微组织分析在ＴｅｃｎａｉＧ２２０透射电镜上 进行，透射电镜薄膜试样采用离子减薄方法制备。在 ＣＳ－４１１００拉伸机上进行拉伸试验，拉伸试样采用拍 ｍｍ×３０ ｍｍ棒，拉伸速率为１ ｍｌＩｌ，，ｍｉｎ。采用７５０ｌ型 涡流导电仪测量合金在不同状态下的电导率，并转换 为国际退火铜标准％ＩＡＣＳ，每个试样测量５次并取平 均值。时效处理后合金的剥落腐蚀实验参照ＡＳＴＭ Ｇ３４—７９标准进行，腐蚀介质采用标准的Ｅｘｃｏ溶液４ ｍｏｌ／Ｌ ＮａＣｌ＋Ｏ．４ ｍｏｌ，Ｌ ＫＮ０３＋Ｏ．１ ｍｏｌ／Ｌ ＨＮ０３，试验温 度为２５℃，溶液的面积容积比为１５ ｍＬ／ｃｍ２，腐蚀性 能测试后，采用数码相机照相并根据标准进行评级。 浸泡过程中，根据ＡＳＴＭ Ｇ３４．７９标准判断同一样品浸 泡不同时间的剥蚀情况，并采用数码相机记录样品整 体形貌。实验结束后立即取出试样，进行以下处理： 记录形貌并拍照叶按ＡＳＴＭ Ｇ３４．７９标准评定剥蚀等 级一÷水洗一ＨＮ０３去除腐蚀产物．÷记录形貌并拍照。
相显微组织如图２所示。经过ｌ襻常规固溶处理后，合 金的晶界变得较为干净，初生相几乎溶解，而采用２舟 固溶工艺处理后，由于在４８０℃固溶处理，继续降温 到低温后保温，此时晶界有析出物。能谱分析表明， 这些析出物含有Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｕ等元素，文献认为 这些析出相是玎相【５】。当采用３＃固溶工艺处理时，降 温固溶处理后，部分合金出现重固溶，由于温度接近 第ｌ阶段的固溶温度，使得晶界上的析出相部分重新 固溶到基体合金中。 ２．２拉伸性能与电导率
万方数据
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稀有金属材料与工程
第３９卷
２．３剥落腐蚀性能 为比较不同固溶处理并时效后的合金抗腐蚀性能
差别，采用剥落腐蚀试验对试样进行腐蚀处理，观察 试样的表面形貌。剥落腐蚀试验开始５ ｈ后，试样表 面出现了零星分散的微小蚀点，随时间的延长，蚀点 数量有所增多，孔尺寸也有所增大。经２４ ｈ不间断的 剥落腐蚀试验后，试样表面腐蚀形貌仍为点蚀，蚀点 多呈圆形，也有一些呈条状，蚀点在合金上分布较均 匀，但试样侧面的蚀点密度较正面的略大一些。经过 ４８ ｈ后，所有合金表面均出现庖疤和爆皮（图３），其 中１撑试样的表层剥落严重，而２撑和３撑表皮剥落程度 相对１群试样的轻，根据评定标准，１撑试样的剥落腐蚀 被评定为ＥＢ级，而２群和３群试样分别评定为ＥＡ。和
通过部分重固溶处理并时效处理后，合金中的晶界析出细小且非连续分布的玎析出相，从而提高了从７０８５铝合金的抗
腐蚀性能。
关键词：从７０８５铝合金；固溶处理；显微组织：力学性能；剥落腐蚀
中图法分类号：ＴＧｌ４６．２＋ｌ
文献标识码：Ａ
文章编号：ｌ００２．１８５ｘ（２０１０）０３．０４９４．０４
Ａ１．Ｚｎ．Ｍｇ．Ｃｕ系铝合金（如ＡＡ７０８５，ＡＡ７０５０）因 具有高强度与高比刚度、易于加工、耐腐蚀性能好以 及韧性较高，被广泛用作航空航天工业的结构材料， 以及各类车船体的结构件【ｌ＇２】。ＡＡ７０８５铝合金是美国 铝业公司开发的一种新型的Ａ１．ｚｎ．Ｍｇ．Ｃｕ高强铝合 金【３’４】，主要用作锻件，其主要合金成分（质量分数） 为：Ｚｎ（７．Ｏ一８．Ｏ）％、Ｍｇ（１．２～１．８）％、Ｃｕ（１．３～２．０）％、 （０．０８～０．１５）Ｚｒ％，相对ＡＡ７０５０．Ｔ７４５ｌ铝合金而言， ＡＡ７０８５一Ｔ７４５１具有高强度、高抗疲劳性能、高抗应 力腐蚀性能与剥落性能等优点，该合金目前已被用作 空客Ａ３８０大型飞机的机翼大梁和翼肋。
剥落腐蚀是Ａ１．ｚｎ．Ｍｇ．Ｃｕ合金的主要腐蚀形式 之一，并且本质是晶界上优先发生腐蚀。对Ａ１．Ｚｎ—Ｍｇ— Ｃｕ系铝合金而言，在腐蚀环境中，晶界上的玎相和无 沉淀析出带与铝基体相比都可能作为阳极相［１２】，两者 都可优先溶解，但叮相作为阳极溶解的趋势更为严重， 从而造成腐蚀沿晶界的扩展。因此合金的腐蚀性能主 要由晶界析出相的尺寸和分布决定【Ｉ ３１。当晶界析出相 连续时，在腐蚀环境中很容易造成沿晶界的连续溶解， 从而导致ＡＡ７０８５铝合金的抗腐蚀性能急速下降。而 当晶界析出相不连续，为一个个粗大的粒子时，切断 了连续的腐蚀通路，腐蚀时也只是一个个单个粒子的 溶解，提高了ＡＡ７０８５铝合金的抗腐蚀性能，晶界析 出相离散度越大，腐蚀时粒子的溶解速度越慢，抗腐 蚀性能越强。因此，采用部分重固溶工艺有助于提高 ＡＡ７０８５铝合金的抗腐蚀性能。
然后升温到高温（如４８０℃）。采用强化固溶处理可使 最终固溶温度超过多相共晶温度而不产生过烧组织， 提高残余可溶结晶相的固溶程度和合金力学性能，但 强化固溶的可控温度范围很小，不利于大型厚板的固 溶处理。高温预析出处理是指在极限固溶温度（如４８０ ℃）保温一定时间后（图１中曲线ＣＣＣ所示），直接 降低到稍低于极限固溶温度的某一温度（如４６０℃） 并保温一定时间后，再淬火并时效处理。高温预析出 处理有助于时效态合金提高抗腐蚀性能，但会降低合 金的过饱和固溶度，使得时效时的析出相体积分数减 少，从而降低合金的强度。本实验以ＡＡ７０８５合金为 基础，采用部分重固溶的方法（图ｌ中曲线ＤＤＤ所 示），即先高温固溶后降低温度保温一定时间，再重新 升温到高温短时保温，然后淬火并时效，研究了固溶 工艺对合金强度与抗腐蚀性能的影响。