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铝合金淬火炉型铝合金淬火敏感性的影响


发布时间:2018-5-14 15:29:35 浏览次数:

摘要:铝合金淬火炉型铝合金淬火敏感性的影响,发现和无 Zr 合金相比,含 Zr 合金的淬火敏感性增加,当 Zr 含量为 0.1%时,合金具有最高的淬火敏感性,

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 铝合金淬火炉型铝合金淬火敏感性的影响,发现和无 Zr 合金相比,含 Zr 合金的淬火敏感性增加,当 Zr 含量为 0.1%时,合金具有最高的淬火敏感性,此时经空气淬火的合金时效后强度较水淬的低了 30%。 (3) 杂质元素  众所周知,Fe 和 Si 是 7000 系铝合金中的主要杂质元素,对塑性、韧性等有不利影响,但对淬火敏感性有没有显著的影响还不清楚,公开的报道很少。从表 1 可知,合金中的 Fe、Si 杂质元素含量呈先降低再有所上升的趋势,似乎对淬火敏感性没有太大的影响。但有学者认为它们的存在可能会增加合金的敏感性,并加强微量元素的作用。为了能够全面认识 7000系铝合金的淬火敏感性,有必要开展这方面的工作,探明其影响规律和作用机理,为控制杂质元素含量进一步改善材料综合性能提供依据。金化元素 Cr、Mn、Zr 和 Sc 等,以及杂质元素 微量元素的含量对合金淬火敏感性也有很大的影响。B95 合金的淬火敏感性随 Cr 和 Mn 含量的减小而降低。本文作者研究了 Zr 含量(0~0.15%)对 7055 其含量和比例对合金的淬火敏感性都有影响。 (1) 主合金元素  Zn 和 Mg 是主要的合金元素,其添加可形成 η 等强化相,一般而言,合金元素总含量越高,固溶后溶质原子浓度升高,增加了冷却时固溶体的分解倾向,增加合金的淬火敏感性。Zn、Mg 和 Cu 元素含量增加通常都会提高合金的淬火敏感性。DENG等通过末端淬火实验研究了Mg含量对7085型铝合金淬火敏感性的影响,结果表明合金中 Mg 含量为1.0%、1.4%和 2.0%(质量分数)时,其淬透层深度分别为 100 mm 以上、65 mm 和 40 mm,因此,该合金的淬火敏感性随 Mg 含量的增加而增加。Mg 含量的增加会降低其它主要元素在铝中的溶解度,MgZn2相析出的驱动力增大,析出的峰值温度提高,温度变化区间也增大,因而淬火敏感性增加。添加 Cu 元素会增加淬火敏感性,这是因为 Cu 会降低 Zn 和 Mg 在铝基体中的溶解度,并提高过饱和度。在 Zn、Mg、Cu 3 种元素中,BRYANT和 LI 等认为 Cu 元素对淬火敏感性的影响最大,其次是 Mg 和 Zn,但GARCIA-CORDOVILLA 和 LOVIS根据 Zn 和 Cu对固态相变的影响认为Cu和Zn对淬火敏感性的影响相当,刘文军认为 Mg 元素对淬火敏感性的影响最显著。在总含量相当时,调整 Zn、Mg、Cu 3 种元素之间的比值可改变合金的淬火敏感性。如 B95 合金的淬火敏感性会因 w(Zn)/w(Mg)比值增加而减小,降低 Cu+Mg 总量和提高 w(Zn)/w(Mg)比值可显著降低7175 铝合金的淬火敏感性w(Zn)/w(Mg)比值增加可推迟固溶体的分解。从表 1 中一些低淬火敏感性合金的化学成分变化可知,Zn 含量呈上升的趋势,Mg和 Cu 含量呈下降的趋势,w(Zn)/w(Mg)比值整体呈上升的趋势,这说明这些成分的调整是有利于淬火敏感性的降低。但 Zn 含量上升会增加合金的密度,如 7050铝合金的密度约 2.83 g/cm3,而 7085 的约 2.85 g/cm3,这对航空构件的轻量化不利。因此,在主合金元素影响淬火敏感性的规律及影响机理方面仍需开展更深入、系统的工作,为研发低密度、低淬火敏感性铝合金奠定基础,满足航空工业轻量化发展的需求。 (2)微合金化元素  在 7000 系铝合金中微合金化元素通常有 Cr、Mn、Zr、Sc 等,其主要目的是提高合金的再结晶温度,阻碍热变形和随后固溶处理时再结晶的发生,细化晶粒,从而改善合金的性能。Cr 和 Mn 可加速固溶体的分解,提高合金淬火时的临界冷却速率,增加淬火敏感性;相比之下,Zr 可保持 Zn、Mg 和 Cu 在铝固溶体中的稳定性,减小淬火敏感性,提高半成品的淬透性。在 7000 系铝合金中采用 Zr 代替 Mn 和 Cr,能够显著降低淬火敏感性。含 Zr 合金均匀化后常析出共格的 Al3Zr 相,而含 Cr 合金中析出非共格的E(Al18Cr2Mg3)相。冷却速率较小时,粗大平衡相更易于非共格的 E 相上析出。在 2~40 ℃/s 的冷却速率范围内,含 Zr 合金具有更高的强度;以 Zr 代 Cr 可使125 mm 厚的板材强度提高约 50 MPa,同时保持断裂韧性相当。因此,低淬火敏感性合金中的 Cr 含量都很低,如表 1 所列。B93 合金添加 Zr 后淬火敏感性增加,Al-Zn-Mg-Cu-Zr 合金中添加Co 元素可显著降低淬火敏感性。Sc 的加入可降低 Al-Zn-Mg-Cu 合金固溶体的稳定性,其作用较 Zr 和 Mn 要大,但小于Cr 的;Sc 含量越高时,保持的非再结晶组织越多,亚晶粒平均尺寸越小,亚晶界越多,而缓冷时,η 平衡相形核的位置越多,合金的淬火敏感性越高。


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