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7050铝合金锻件成分的优化与组织

时间:2019-7-8 点击:772次

7050合金是在铝-锌-镁系合金的基础上发展起来的。要提高合金的强度,只有提高锌和镁的浓度,但Zn+Mg的含量≥(8~9)%以后,强度虽然可以提高到600N/mm2以上,而塑性和抗应力腐蚀性能却强烈下降,失去了使用价值。后来发现铜能有效改善高浓度铝-锌-镁合金的塑性和抗蚀性,特别是铬能显著提高抗应力腐蚀性能以后,铝-锌-镁-铜系合金才得到发展,也为7050合金的诞生创造了条件。

Al-Zn-Mg-Cu系相图可知,工业用此类合金的主要相组成为α+η(MgZn2)+T(Al2Mg3Zn3)+S(Al2CuMg),但因Cu含量不同而稍有变化。当含(5%~7%)Zn和(1%~3%)Mg时,若Cu>0.7%即会出现S相,Cu>2%还会出现θ相。但超硬铝的主要强化相是η相。η相在470℃的最大溶解度可达28%,而室温时仅4%,所以有极高的时效强化作用。  

Al-Zn-Mg-Cu系合金的时效过程与Al-Zn-Mg合金的一样,也是:GB区→η'→η→T相,但在100℃~160℃时效,只发生η相的沉淀过程,只有当Ta(时效温度)>270℃后才能出现η→T的沉淀过程。这是因为Zn的扩散系数比Mg的高,低温时效只能发生富Zn相MgZn2的沉淀过程,高温时效才能发生富Mg相T的沉淀过程。  

超硬铝的含Cu>0.7%后,在125℃~150℃时效,可以认为是在Al-Zn-Mg系沉淀过程(GP区→η'→η→T)的基础上,又出现了Al-Cu-Mg系的沉淀过程(GP区→S'→S)。 

超硬铝的显微组织随着温度的升高而向更高的时效阶段发展,即GBP(晶界沉淀相)和MPT(基体沉淀相)变粗,PFZ(晶间无沉淀带)变宽。这种过时效组织对抗应力腐蚀和断裂韧性有利,但却使强度性能降低15%~20%。 

Mn、Cr、Zr、Ti对超硬铝的影响与对Al-Zn-Mg合金一样,也是为了改善加工塑性和抗蚀性。Zn+Mg含量≥9%的合金,在淬火和时效后有严重的沿晶脆性断裂现象,伸长率很低。加入上述微量元素后,由于形成了不易被位错切割的化合物AlMgMn、Al(FeMn)Si、Al12Cr2Mg、Al20Cu2Mn、Al3Zr,并且改变了GB区、η'和η相的性质、尺寸和分布状态,因而改变了位错的运动方式,位错分布也均匀,不会在晶界形成应力高度集中点,结果改善了塑性和SCR。Mn和Cr能增加超硬铝的淬火敏感性,Cr的影响比Mn的还大,必须用高的淬火冷却速度才能保证时效后强度,但厚板和大型锻件即使采用高速淬火也淬不透,而且会产生严重的变形。因此,7050合金不含Mn和Cr,而且微量Zr(0.08%~0.25%)作为再结晶抑制剂,可在热水中淬火,不仅能降低淬火应力,而且大截面的厚板和锻件能获得高的强度,因为Zr能形成微细的不溶解质点Al3Zr,对淬火敏感性影响,Mn和Cr则不同,能同主要元素形成粗大的Al12CrMg2、Al26Cu2Mn化合物,不仅降低了Cu和Mg在α固溶体中的过饱和度,而且在淬火冷却过程中或时效初期还能沿这些质点析出粗大的η'或η相,使合金强度大幅降低。  

7050合金是一种高纯度合金,≤0。12%Si、≤0。15%Fe、≤0。10%Mn、Fe和Si不仅对强度和抗蚀性有害,还能同Mn和Cu形成有害于平面应变断裂韧度KIC的夹杂相Al7Cu2Fe、Al17Cu2(FeMn)2、Al6(FeMn)和Al(FeMn)等,这就保证了7050合金有高的塑性和平面应变断裂韧度、强度,而且有低的淬火敏感性,成为一种综合性能最佳的航空航天厚板与锻件铝合金。 

7050铝合金锻件

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