高温预析出和固溶温度对7A52合金应力腐蚀开裂的影响

高温预析出和固溶温度对7A52合金应力腐蚀开裂的影响

郑 强，陈康华，黄兰萍，胡化文

（中南大学粉末冶金国家重点实验室，湖南长沙 410083）

摘要：通过对高温预析出处理的7A52合金在T61和自然时效状态的强度、硬度、电阻率和应力腐蚀开裂（SCC）的测试，对比分析了高温预析出对7A52合金自然时效和T61时效状态下应力腐蚀性能的影响。研究结果表明：高温预析出可以提高自然时效和人工时效状态7A52合金的抗应力腐蚀性能，同时强度和伸长率有所增加；对于T61时效状态的7A52合金可保持其拉伸强度在500Mpa，伸长率在13.0%。475C固溶处理后T61状态下的7A52合金，不论是否经高温预析出处理合金抗应力腐蚀性能都优于经480C固溶处理的T61状态下的7A52合金的抗应力腐蚀性能。

关键词：高温预析出处理；中强可焊性；铝合金；应力腐蚀裂纹；电阻率

中图分类号：TG249.9 文献标识码：A 文章编号：0254-6051（2005）07-0014-04

EffectofHighTemperaturePre-precipitationandSolutionTemperatureonSCC

of7A52Alloy

ZHENGOiang，CHENKang-hua，HUANGLan-ping，HUHua-wen

（StateKeyLaboratoryforpowderMetallurgy，CentralSouthUniversity，ChangshaHu'nan410083，China）Abstract：Theproperties，suchastensilepropertyatroomtemperature，hardness，electricalresistivityandSCCof7A52alloybyhightemperaturepre-precipitationtreatmentweretested.Theeffectofhightemperaturepre-precipitationontheSCCof7A52alloyatT61treatmentandnaturalageingwasanalyzedandcompared.Theresultsshowthathightempera-turepre-precipitationcanenhancetheresistancetoSCCof7A52alloyandincreasethestrengthandelongationatsubse-guentnaturalageingandartificialageing.TotheagedaluminumalloysatT61treatment，hightemperaturepre-precipitati-oncankeepthestrengthat500Mpaandelongationat13.0%.AtT61ageing，theSCCof7A52alloyswhichweresolu-tionedat475Cissuperiortothatof7A52alloyswhichweresolutionedat480C，whethertheyweretreatedbyhightem-peraturepre-precipitationornot.

Keywords：hightemperaturepre-precipitationtreatment；mediumstrengthandweldability；aluminumalloy；stresscorro-sioncracking（SCC）；electricalresistivity

中高强Al-Zn-Mg系铝合金具有较高的强度、良好的焊接性能和工艺性能，是航空航天器与地面车辆和装备的主要焊接结构材料

［1，2］

效及T61时效状态应力腐蚀性能的影响及差异。

1 试验部分

1.1 试验材料

试验用材料为西南铝加工厂生产的10mm厚7A52合金板材，其化学成分（质量分数，%）为4.4Zn、2.4Mg、0.24Mn、0.13Cu、0.12Zr、0.13Cr、0.06Ti、＜0.25fe、余量Al。＜0.2Si、1.2 热处理工艺

7A52板材固溶（预析出）和时效处理工艺见表1。1~4号试样的固溶工艺是在465C保温30min，然后10min内升温到470C并保温30min，再用10min升温到475C并保温1h；5~6号试样的固溶工艺是在470C保温30min，然后10min升温到475C并保温30min，再用10min升温到480C并保温1h。不进行预析出处理的合金试样1号、3号和5号直接淬火，进行预析出处理的合金试样2号、4号和6号高温固溶后，以0.5C/min的降温速度缓慢降温至400C，保温0.5h后淬火。因为400C以上预析出后，峰值时效硬

。但是该系合金的抗应

［3，4］

力腐蚀性能（SCR）较差，应用受到限制材料学者关注的问题

［3，5~8］

。因此，提

研究了

高合金抗应力腐蚀性能同时保证强度成为国内外众多

。陈康华等人

［9~11］

7XXX系合金近固溶度高温预析出处理，发现近固溶度高温预析出在保持合金强度的同时，可以改善合金的应力腐蚀抗力。但所开展的研究均是针对预析出后合金的人工时效状态，未涉及自然时效状态，有必要研究高温预析出对自然时效状态下的铝合金的抗应力腐蚀性能的影响，探讨高温预析出处理的适用范围。为此，作者研究比较了高温预析出对7A52合金自然时

作者简介：郑 强（1976—），男，河北石家庄人，硕士生，主要从事中强可焊铝合金的研制工作。联系电话：0731-8830714，13002462001 E-mail：zhenggiang616@http://wendang.chazidian.com

基金项目：国家重点基础研究发展规划项目（TG1999064909）收稿日期：2005-02-17

14

《金属热处理》2005年第30卷第7期

度基本不变，而降至370C以下，时效硬度急剧下降。要保持合金强度，预析出温度不能低于370C［ll］。淬

火后立即进行人工时效或自然时效。

表1 固溶（预析出）和时效工艺

Table1 Solution（pre-precipitation）andageingtreatmentofsamples

试样号l号2号3号4号5号6号

固溶（预析出）

465C>0.51+470C>0.51+475C>l1

465C>0.51+470C>0.51+475C>l1+400C>0.51

465C>0.51+470C>0.51+475C>l1

465C>0.51+470C>0.51+475C>l1+400C>0.51

470C>0.51+475C>0.51+480C>l1

470C>0.51+475C>0.51+480C>l1+400C>0.51

时效工艺自然时效（一个半月）自然时效（一个半月）l00C>l01+l50C>241l00C>l01+l50C>241l00C>l01+l50C>241l00C>l01+l50C>241

1.3 性能测试

用HBRVU-l87.5型布洛维硬度计测量洛氏硬度HRB（试验加载力为980N），用Sxl93l数字式微欧计和四探针法测定矩形试样的电阻率，在CSS-44l00型电子拉伸机上进行板材拉伸试验。

应力腐蚀试验参照GB/Tl2445.l-l990《高强度合金双悬臂试样应力腐蚀试验方法》进行，双悬臂（DCB）试样用螺钉加载预裂纹，试验介质为3.5%（wt）NaCl水溶液，溶液温度控制在（351l）C，用读数显微镜跟踪测量并记录两表面裂纹扩展时的长度和相应的时间。由每个测量时间的平均裂纹长度a，再根据下式计算相应的KI值，最后作da/d（tV）~KI曲线。

2l/2

+h3］EVh［3H（a+0.6h）

KI=3

4［（a+0.6h）+h2a］

图l 475C固溶后预析出处理对7A52合金自然时效状态下

（a）与T6l时效状态下（b）的应力腐蚀开裂的影响Fig.l Effectofpre-precipitationtreatmentont1eSCCof7A52

alloyatnaturalageing（a）andatT6ltreatment

（b）aftersolutionat475C

式中：V为加载位移（mm）；E为材料的弹性模量（Gpa）；h为试样的半高度（mm）；a为平均裂纹长度（Mpa?m）。（mm）；KI为裂纹尖端应力强度因子

l/2

2 试验结果

2.1 应力腐蚀性能

图l、2为经不同工艺处理后7A52合金应力腐蚀开裂扩展速率与应力强度因子关系曲线。从图la可知，自然时效状态下，经预析出处理的2号试样与未经预析出处理的l号试样相比，抗应力腐蚀性能得到明显改善。由图lb和图2知，T6l状态下，经预析出处理的4号和6号试样与未经预析出处理的3号和5号试样相比，抗应力腐蚀性能都得到提高。而且475C固溶处理后T6l状态下的7A52合金，不论是否经高温预析出处理，合金抗应力腐蚀性能都优于经480C固溶处理的T6l状态下的7A52合金的抗应力腐蚀性能。

2.2 7A52合金的电阻率和拉伸性能

7A52合金的电阻率和拉伸性能数据见表2。由表2可知，T6l状态下，经预析出处理的试样4号和6

图2 480C固溶后预析出处理对7A52合金T6l时效状态下

应力腐蚀开裂的影响

Fig.2 Effectofpre-precipitationtreatmentont1eSCCof7A52alloyatT6ltreatmentaftersolutionat480C

号的电阻率都小于同样时效状态下无预析出试样3号同时屈服强度和伸长率有所增加；自和5号的电阻率，

然时效状态下预析出的2号试样的电阻率也小于未经预析出处理的l号试样的电阻率。

l5

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表2 7A52合金电阻率和拉伸性能

Table2 Tensilepropertiesandelectricalresistivityof

7A52alloys

试样号硬度（HRB）!（/!?nm）"b/MPal号2号3号4号5号6号

70.770.58l.780.882.88l.6

63.006l.6553.5352.6056.4955.20

490.8489.8508.6500.05l5.8502.9

"0.2/MPa29l.0294.74l0.9426.6459.346l.9

（#%）l3.04l4.00l3.69l4.02l4.05l5.89

标准，因为在经过一个半月自然时效的l号和2号7A52合金虽然电阻率高于T6l时效的3号和4号，但其时效不完全时屈服强度很低。由图l，2可知在T6l时效态，预析出可以提高材料的抗应力腐蚀性能，475C固溶处理后T6l状态下的7A52合金，不论是否经高温预析出处理，合金抗应力腐蚀性能都优于经480C固溶处理的T6l状态下的7A52合金的抗应力腐蚀性能。原因可能是试样经480C固溶处理时存在轻微的过烧，因为过烧可以显著降低合金的抗应力腐蚀性能，而对拉伸强度基本没有影响，有时还略有提高。但经过预析出的试样由于预析出对晶界第二相的形状、大小和分布的改变，使其应力腐蚀性能有所提高。475C固溶不存在过烧的问题，所以不论有无预析出，试样的抗应力腐蚀性能均优于经480C固溶处理的同样时效态的试样的抗应力腐蚀性能。

3 分析讨论

时效过程中，AI-zn-Mg系铝合金的过饱和固溶体分解序列如下：首先在固溶体内形成合金元素（zn、Mg）富集的G.P.区，随后G.P.区长大，区内形成与基体共格或半共格的过渡相，最后由过渡相发展成与基体不共格的平衡相。但是在时效过程中，晶内和晶界析出不是同步的。当晶内时效至峰值状态时，晶界若晶内已处于轻微的过时效状态，析出平衡相"相；组织进一步时效至过时效状态，晶界上"相将粗化。

高温预析出可以加强AI-zn-Mg系合金的晶界优先析出倾向

［9~ll］

4 结论

（l）高温预析出可以提高随后自然时效态和T6l时效态的7A52合金的抗应力腐蚀性能。

（2）475C固溶处理后T6l状态下的7A52合金，不论是否经高温预析出处理，合金抗应力腐蚀性能都优于经480C固溶处理后T6l状态下的7A52合金的抗应力腐蚀性能。

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。在高温阶段产生的晶界析出粒子

作为核心将加速晶界的析出过程，当晶内时效至峰值状态时，晶界析出相粗化显著，且不连续分布，从而可将优良的抗蚀性能和峰值时效的高强度结合起来。由表2可以看出同样的热处理工艺，预析出试样的强度并没有降低，可能是由于7A52合金经高温预析出处理后时效，晶界析出相呈不连续分布，且尺寸粗大，而晶内析出相保持弥散分布的同时出现极少量的粗大析出相。位错不易切过这些直径相对较大的质点，而是以攀移或交滑移的方式绕过。当位错不是以切过的方式通过第二相质点，而是以绕过形式通过第二相质点时，提高了合金变形的均匀性和强度。合金的强度主要由基体析出相决定，预析出主要改变晶界结构，而晶

［5］

，合金的抗应力腐蚀界结构对应力腐蚀起关键作用

［l2］

性能由晶界析出相的尺寸和分布的连续性决定。

由文献［9~ll］知高温预析出通过改变晶界的析出相结构，可使第二相粗大，且不连续分布，间距较大。根据阳极溶解理论和氢脆理论

［l3］

，粗大且不连续分布的

晶界析出相能延缓阳极溶解过程，同时，氢原子易富集于粗大晶界析出相上，形成氢分子逸出，降低晶界氢含量，从而抑制氢脆。因此，晶界析出相尺寸和间距越大，抗应力腐蚀性能越好，而且粗大、不连续分布的第二相可减小对电子的散射，降低电阻率。一般来说，合金电阻率越小，抗应力腐蚀性能越好。但是由图l和电阻率并不是唯一的衡量应力腐蚀性能的表2可知，l6

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。。今

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测试与分析

低碳钢中晶内形核铁素体三维形貌的唯象研究

张 弛，杨志刚，潘 涛

（清华大学材料科学与工程系，北京 100084）

摘要：采用光学显微镜和扫描电镜观察了低碳钢中晶内针状铁素体的二维金相组织形貌，运用计算机软件对铁素体的三维形貌进行了重构。试验发现钢中的MnS夹杂物对晶内铁素体形核有明显的促进作用，晶内有大量铁素体组织形成，晶内形核铁素体的三维形貌呈扁长片状，许多铁素体在空间中相互连接，并有相当数量的铁素体与夹杂物相连。由此推测铁素体的晶内形核有以下3种形核方式：在原有铁素体上激发生核；在夹杂物表面上直接生核；在已经存在的铁素体和夹杂物的交汇处形核。关键词：铁素体；三维形貌；夹杂物；形核

中图分类号：TG142.1 文献标识码：A 文章编号：0254-6051（2005）07-0017-05

StudyonThree-dimensionalMorphologyofIntragranularNucleating

FerritesinLowCarbonSteels

ZHANGChi，YANGZhi-gang，PANTao

（DepartmentofMateriaIsScienceandEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China）

Abstract：Two-dimensionaImetaIIographicmicrostructureofintragranuIaracicuIarferritesinIowcarbonsteeIwasstudiedwithopticaImicroscopeandscanningeIectronmicroscope.Thethree-dimensionaImorphoIogyofferriteswasreconstructedbasedonobservedtwo-dimensionaIobservationsbythecomputer.ItwasfoundthattheincIusionsofMnSenhancedthenucIeationofintragranuIarferritesevidentIy.Thethree-dimensionaImorphoIogyofferritespresentedproIatepIate.Anum-berofferriteswereconnectedtoeachotherinspace，andsomeofthemassociatedwithincIusions.ThreepossibiIitiesareconsideredforthenucIeationofferrites：sympatheticnucIeationonpreviousferrite，nucIeationoftheferritedirectIyontheincIusions'interfaceandheterogeneousnucIeationatthejunctionofapre-existingferritecrystaIandincIusions.Keywords：ferrite；three-dimensionaImorphoIogy；incIusion；nucIeation

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