7系合金的双级时效 86

《7系合金的双级时效 86》由会员分享，可在线阅读，更多相关《7系合金的双级时效 86（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、7 系合金的双级时效86-12张录泉新型飞机设计的主导思想是减少油耗、提高飞行速度、增加载重量，以便提 高经济效益。因此，在结构设计上尽可能要求减轻机体重量，在选材方面采用比 强度高的先进材料。在M(马赫)数为2.5以下的新型飞机中，主要结构材料仍为铝合金。美国波 音-767 客机的机体结构材料 81%是铝材，波音-747 客机的机体结构材料 82%是 铝材。其中 2024和7075合金板材、挤压件和模锻件约占60%以上。此外还采用 一些新合金，如2124、2224、2324、7050、7150和7475等。预计在90年代的 亚音速民用客机中铝合金仍将占很大比例。其选材情况为:铝合金材料507

2、5%； 钢材15%；复合材料732%；钛合金约3%。一、对飞机用铝合金材料性能的要求随着航空与航天工业的迅速发展，对铝合金材料性能的要求越来越高。在第 一次世界大战期间，军用飞机的飞行速度为100200公里/小时。在第二次世界 大战期间，军用飞机的飞行速度为 600700公里/小时，飞行高度为 6000米。现在80年代军用飞机的飞行速度已经达到3500公里/小时(M=3.3)，飞行高度可 达到 25000 米。60 年代以前，飞机结构设计的主导思想是追求材料的静强度，即认为材料 的强度越高越好。无论在合金设计中还是在热处理研究方面都极力着眼于提高合 金的强度指标。当时在飞机上采用最多的材料是2

3、024-T4和7075-T6。以后为了 进一步提高强度又出现了7178和7001合金。7xxx系高强铝合金作为飞机结构材料使用的最大问题是应力腐蚀开裂。19601970 年间北美和西欧所发生的飞机材料应力腐蚀开裂事故的汇总结果如图 1 所示 1。在铝合金的应力腐蚀开裂事故中几乎全是 7075-T6、7079-T6 及2024-T3，所以在使用这些合金时必须考虑防止应力腐蚀开裂问题。L 0总事披数 鸟高遥铠合金_ A离强度钢图119601970年北美和西欧飞机材料发生应力腐蚀开裂事故的统计几十年来，人们通过对飞行事故经验的总结和积累、逐步认识到，对结构材 料性能的要求不仅是静强度和刚度，而且还必

4、须具有较好的抗应力腐蚀性能，有 较高的疲劳强度，有抵抗裂纹扩展的能力（断裂韧性）。尤其是军用飞机，其机体 结构部件是由厚板、锻件等厚壁材料经机械加工制成，因此必须考虑短横向上的 断裂韧性。影响合金材料断裂韧性最大的因素是合金中的不溶性化合物等第二 相，通常2xxx系和7xxx系合金的断裂韧性K随着弥散相数量的减少而提高， 见图 22。e -Fbi) uto.50% i*# k去址甘缠|o(ra Si0t3%Ulf * (Fe + Si)Qt6eQ .丿一 丄Ii0一 J300300400500600 烈。 300600屈脈湛度，Mp乱屈服强度M乱图 2 杂质含量对 Al-Cu-Mg 系及 Al

5、-Zn-Mg-Cu 系合金断裂韧性的影响合金中存在的杂质相是由 Fe、Si 等杂质形成的难溶性化合物或铸造时产生 的共晶化合物。因此采用高纯合金、控制 Fe、Si 杂质含量，调整主要成分使杂 质弥散相的数量减少，以改善合金的韧性。例如，7075 的改良型合金有 7175、 7475，2024的改良型合金有 2124、2224、2324 等。美国在发展 80年代后半期和 90 年代初期航空和航天材料方面，对新型铝合 金提出了以下要求：抗拉强度比现行合金提高1025%；断裂韧性比现行合金提高1030%；切口疲劳强度比现行合金提高40%；比刚度比现行合金提高30；比强度比现行合金提高20%。使用温度

6、应达到230C，同时应具有高的抗蚀性和无应力腐蚀开裂敏感性。二、时效制度的选择铝合金的时效制度主要是根据合金的化学成分，对机械性能及物理化学性能 的要求来选择的。对 Al-Zn-Mg-Cu 系合金来说可以采用以下几种制度：(1) 如果单纯要求合金的强度，贝U应采用单级时效制度，即人工时效温度(T2) 低于均质成核临界温度。主要强化相是GP区和一少部分过渡相，有利于提高强 度，但对抗应力腐蚀性能不利。例如，美国的7075-T6就属于这种制度(120Cx24 小时)，可以得到最高的机械强度。(2) 如果要求具有良好的抗应力腐蚀性能，则应采用双级过时效制度T73。这 种制度是在人工时效以前先在较低温

7、度下进行预时效，得到需要的晶核密度和分 布状态，然后再进行正规的人工时效，借以控制晶间析出相的尺寸、无析出带的 宽度和基体的性质及弥散度，从而改善合金的抗应力腐蚀性能。7075合金-T73 时效制度如表 1 所示。7075-T73处理的时效題度产品 1级时效2级时效材棒件件仲压107X3x68心时 tone x 6目小时 107X x 68沪时 lore x 68小时163TIX24 30 小时 176X；x 8 lOdBt 176X： X 6 8 dBt 1761CX 81。小时(3) 如果要求提高抗剥落腐蚀性能，则采用T76过时效制度。这种制度与T73 相比，即过时效的程度轻微一些，或者保

8、温时间短一些，或者时效温度低一些。 例如7075-T76(120Cx35小时+163Cx1518小时)就属于这种制度。(4) 为了使强度接近于T6状态，抗应力腐蚀性能介于T76和T73之间，近几 年来美国广泛采用T736双级过时效制度。T736处理主要用于锻件和厚板。采用T736处理的合金有7010、7050、7075、7175等。T736处理的程度比T73轻一些，比T76重一些。这种双级时效制度为：121Cx24小时+177Cx12小时。T736 处理与T73相比适当降低T2温度或缩短保温时间，以便得到有利于提高强度的 晶内组织和有利于改善抗应力腐蚀性能的晶间结构。7xxx系合金时效状态概念

9、 图如图3所示。时效时间图3 7XXX系合金时效状态概念图三、时效处理对组织和性能的影响1. 时效对组织的影响在热处理强化变形铝合金中固溶体的分解可以通过三个阶段：产生 GP 区、亚稳定相和稳定相。在不同合金中GP区的形状是不一样的，它取决于Al原子 和溶质原子的直径差。如果Al原子和溶质原子的直径差小于3%,则析出物的形 状近似球形，该差值超过 3%时，则产生针状析出物，当该差值再增大时，则产 生圆盘状析出物，见表 2。GP滾形狀与Al原子囲溶质原子直径塞的关栽合金系原子直怪差 %形j+0,7球状Al Zn-1.91球状Al e Zn Mg+ 2.6球状Al-Cu-Mg6.5好状Al-Cu圆

10、盘状7075-T6的基体组织是GP区加少量湘。将120C下的时效时间由8小时 延长到48小时时，基体组织由细小的GP区变为较粗的GP区+n。在T73处理 时，合金的基体组织为n相+少量n相。2. 时效对性能的影响在欠时效阶段，合金的强度指标提高，而电导率下降，这是因为晶格发生畸 变，合金元素没有从过饱和固溶体中析出。欠时效的特点是：(1) 屈服强度比抗拉强度低很多，.2仇=0.50.7(挤压产品可达到0.75),即 欠时效合金具有比较低的初始变形抗力。(2) 塑性高，扫1530%,尸2025%,这两个数值高是因为伸长和收缩都很 均匀。断裂韧性高=31.450.0兆牛/米-3/2。(3) 抗应力

11、腐蚀开裂性能很高。如果在应力腐蚀试验中材料本身不产生过饱 和固溶体附加分解和沿晶界不形成连续性链状亚稳定相，则会保持高的抗应力腐 蚀性能。在峰值时效阶段具有以下特点。由欠时效过渡到峰值时效时，合金的性能发 生明显变化。屈服强度显著提高，有时接近抗拉强度：2仇=0.750.95),塑性( 和回剧烈下降，而抗拉强度变化比较小。此时电导率提高，断裂韧性与欠时效 的相比明显下降。在转变到峰值时效初期，抗应力腐蚀性能也下降，这是因为沿 晶界析出连续性亚稳定相质点，并且在晶内析出也不均匀。当时效过程进一步发 展时，晶内和晶界之间的电位差减小。因此抗应力腐蚀性能提高。经过不同时效 制度处理后的 7075合金

12、的屈服强度如图 4所示。1$ t 】：hr卑糧掾时图4 7075合金厚板单级过时效处理(171C)(曲线a)及双级过时效处理(121/171C)后屈服强度的比较。曲线C表示经过双级时效处理后(T736)的7050合金的屈服强度在过时效阶段，当抗拉强度和屈服强度达到最大值后开始下降。对某些合金 来说，.2降低的速度比叫的大(如2024合金)，而对另一些合金.2降低的速度 却比%的缓慢，于是%“b的比值继续增大。此时，抗应力腐蚀性能明显提高, 这对不同合金来说，原因是不同的。但对时效硬化型合金来说有一个共同的特点 这就是亚稳定相质点聚集，增大彼此之间的距离，使电化学电位趋于均匀。同时 出现尺寸更大

13、的稳定相，彼此之间距离很大。此时，断裂韧性也得到相应的改善 7xxx系合金的应力腐蚀裂纹扩展速率与应力强度因子的关系如图5所示。由于 采用 T73 处理， 7079、7050、7075 等合金的应力腐蚀裂纹扩展速率明显降低， 没有工业性的应力腐蚀开裂危险。图5 7xxx系合金模锻件和厚板短横向应力腐蚀裂纹扩展速率与应力强度因子的关系四、7xxx系合金T736时效处理的具体实例近些年来，美国对7xx合金锻件和厚板广泛采用了 T736处理，这些产品 已经在飞机上大量应用。1. 7050合金锻件的T736处理T736 处理是 7075 合金锻件和厚板的最佳热处理状态。为了使产品既保持 7075-T6

14、状态强度的下限，又要提高抗应力腐蚀性能，对合金成分进行了适当调 整。增加Zn的含量，以弥补由过时效而引起的强度损失。增加Cu含量，使析出 相容易成核，使晶界组成物具有更大的贵金属性。减少Fe和Si的含量，以便增 加抵抗裂纹扩展的能力。减少Cr的含量，以便降低淬火敏感性。添加0.0厂 0.15%Zr4。美国铝业公司7050-T736双级时效处理方案如表3所示。7050合金双级时 效后应力腐蚀开裂试样的寿命和硬度如表4所示。7050合金T736正式热处理规 范规定如下：固溶热处理温度：477C淬火水温：66C预时效处理：121CX24小时二级时效处理：7CX12小时。27175合金锻件的T736处

15、理试譯序号固溶处理L) A 1 3dsox: xgo分DB 1 3480 T： x g分D C 1 3舶Of X90分DD 1 3侣09 X9Q冷DE 1 3480T2 90D F 1 3480x90 分D G 1 3480*0x90D H 1 3480X：x90 分D i 1 3480PX90 分D J 1 3480弋xgo分DK 1 3480乜X 90分D L 1 3480 xg业分D胡13480 r x初分D N 1 34呂0乜xgo分D 0 1 34冏乜X90分D卩13酉80迄x 9Q译火水温，9预时效温应 最保儘时间二圾时效温度 震傑锻时闾20209,不同时间140cG X 96*|af20160X： X 24 d 时20*180X3 X 5 小时20IGOC,不同时问L4OCC X36-J-时