1933鋁合金鍛件時效工藝研究

鄔建新，趙 斌，何 鵬，李玉紅

陜西飛機工業（集團）有限公司，陜西漢中 723215

0 引言

航空技術的發展對飛機用結構材料提出了越來越高的要求，飛機用鋁合金材料從高強和低韌發展到高強高韌，進而向高強高韌、高斷裂韌性、高耐應力腐蝕發展。高強高韌、高斷裂韌性、高耐應力腐蝕的鋁合金成為飛機用鋁合金的發展方向[1]。1933鋁合金因為其具有良好的綜合性能，在國內飛機上開始得到應用，除了強度和延伸率高外，還具有優異的抗疲勞、抗應力腐蝕和斷裂韌性性能。為了獲得此合金較好的綜合性能，必須選擇適當的熱處理工藝參數。

鋁合金材料的電導率作為反映其綜合性能的指標，不僅反映了材料的導電能力，而且也與材料的成分和內部組織有關，電導率作為性能指標與強度及延伸率同樣重要，而人工時效對其綜合性能的影響最為關鍵，本文通過測定不同時效工藝下的抗拉強度、屈服強度、延伸率和電導率值，利用時效溫度及時間與抗拉強度、屈服強度、延伸率及電導率的影響關系，確定了最佳時效工藝。

1 試驗材料及方法

選用某飛機用新材料1933鋁合金鍛件作為試驗材料，鍛件規格為300mm（高）×440mm（寬）×720mm（長），化學成分為Cu1.0%，Mg2.1%，Zn6.9%，Fe0.11%，Si＜0.1%，狀態為退火狀態，試樣加工成30mm×30mm×110mm毛坯試樣，每組試驗采用10個試樣。試樣固溶處理為465℃，固溶保溫時間為4h，水冷。

雙級時效工藝試驗：

一級時效溫度對性能的影響試驗：一級時效溫度依次為75℃、85℃、95℃、105℃、115℃、125℃、135℃，保溫時間為10h，二級時效為180℃×6h。

二級時效溫度對性能的影響試驗：一級時效溫度為115℃×10h，二級時效溫度依次為160℃、170℃、180℃、190℃、200℃，保溫時間為6h。

一級時效時間對性能的影響試驗：一級時效溫度為115℃，保溫時間依次為3h、5h、7h、9h、11h、13h、15h，二級時效為180℃×6h。

二級時效時間對性能的影響試驗：一級時效溫度為115℃×10h，二級時效溫度為180℃，保溫時間依次為0h、3h、6h、9h、12h。

試樣人工時效后加工試樣毛坯表面，進行電導率測定，加工成標準拉力棒后進行強度和延伸率試驗。

電導率測量所用設備為 Sigmatest2.067型渦流電導儀，強度和延伸率試驗采用島津生產的AG-100KN 1型電子萬能試驗機。

2 試驗結果及分析

1933鋁合金鍛件經465℃保溫4h后再進行不同的人工時效，與其它同系合金一樣采用雙級時效制度，測定其抗拉強度、屈服強度、延伸率和電導率值，繪制圖表，其抗拉強度、屈服強度、延伸率及電導率的變化規律如圖1所示。一級時效溫度變化對強度和延伸率變化不明顯，但高于125℃，強度損失較大；隨二級時效溫度的升高，強度迅速下降，延伸率升高； 一級時效時間對強度和延伸率及電導率的影響不大，二級時效的時間增加，電導率明顯提高，而強度和延伸率同時下降，時間延長，電導率升高趨緩，延伸率走平，強度持續不斷下降。

圖1 不同的時效溫度及時效時間與性能的關系圖

對上述結果我們進行理論分析，1933鋁合金組織由α固溶體及第二相質點組成，第二相質點按其生成機理可以分為三類. 第一類為初生的金屬間化合物，是在結晶時直接從液相生成，尺寸較大，呈塊狀，在壓力加工過程中被破碎，往往沿變形方向排列成串，熱處理加熱時不溶于固溶體，他們的存在降低合金的斷裂韌性；第二類是含鉻的彌散質點，在高溫下從固溶體中析出，尺寸較小，對合金的再結晶和晶粒長大有明顯的阻礙作用；第三類是時效強化質點，合金固溶加熱時溶于固溶體中，時效時，從固溶體中析出，形狀和尺寸變化較大，是影響合金性能的主要因素[2-4]。1933合金固溶處理后，隨著時效溫度升高和時間延長所發生的過程是：過飽和固溶體球狀G.P區有序G.P區η’+T’η+T。1933合金在115℃時效，首先形成彌散分布的G.P區，隨著時間的延長，G.P區數量和尺寸也逐漸增大，一級時效結束，G.P區較均勻分布，數量和尺寸達到動態平衡。在向二級時效升溫過程中，G.P區的尺寸不斷長大，到180℃，強度達到最大值。隨著二級時效時間的延長，G.P區長大到一定程度，形成半共格的η’+T’相，在峰值時效時沿晶界分布的第一類質點和第二類質點在高溫下緩慢聚集長大，強度明顯降低，隨時間的繼續延長，部分半共格相轉化為非共格的η+T相，晶界的第二相和強化質點聚集長大，在晶界的部分區域形成所謂的無沉淀析出帶，強度繼續下降，電導率升高，損失了部分強化效果，但由于晶界的腐蝕通道作用減弱，內應力降低，抗應力腐蝕、疲勞性能進一步提高，綜合性能較好，合金處于進一步的過時效階段，1933鋁合金熱處理就是達到此種狀態，保證合金的抗應力腐蝕和斷裂韌性，而強度下降的幅度又不大。

從圖1可以看出，一級時效溫度變化對性能的變化不明顯，但一級時效溫度高于125℃時，電導率增加很小而強度和延伸率損失較大；隨二級時效的溫度的升高，強度迅速下降，電導率和延伸率迅速升高，隨著時效溫度的增加變化趨緩，高于180℃，變化緩慢。一級時效時間對電導率和強度及延伸率的影響不大，隨著時間增加，電導率逐漸增加，高于11h，強度下降明顯。隨著2級時效的時間增加，電導率增加較大，強度及延伸率下降，但時間延長電導率增加趨緩，延伸率基本不變，而強度呈不斷下降趨勢。

綜合上述試驗結果及分析，可以得出1933鋁合金鍛件時效工藝參數為：一級時效溫度115℃，保溫10h左右，二級時效溫度180℃，保溫6h。

3 結論

利用不同時效工藝下測定的抗拉強度、屈服強度、延伸率及電導率值，得出了時效工藝與性能的關系，從而確定了1933鋁合金鍛件的最佳時效工藝參數。

1933鋁合金鍛件的最佳時效工藝參數為：一級時效溫度115℃，保溫10h，二級時效溫度180℃，保溫6h。

[1]吳一雷，李永偉.超高強度鋁合金的發展和應用[J].航空材料學報，1994，14(1)：49-55.

[2]劉員旭.金屬熱處理原理[M].北京：機械工業出版社，1984：275-279.

[3]寧愛林，劉志義，鄭青春，曾蘇民.分級固容對7A04鋁合金組織與性能的影響.中國有色金屬學報，2004，14(7)：1211-1216.

[4]王學軍，聶波，謝延翠.熱處理制度對7075鋁合金電導率的影響[J].輕合金加工技術，2001(7)：40-43.