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铝合金淬火炉淬火过程中充当平衡是什么


发布时间:2018-5-17 16:57:02 浏览次数:

摘要:铝合金淬火炉淬火过程中充当平衡相非均匀形核的位置和数量,如晶界、亚晶界、弥散粒子及粗大金属间化合物。当合金中仅有晶界和粗大金属间化合物时

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 铝合金淬火炉淬火过程中充当平衡相非均匀形核的位置和数量,如晶界、亚晶界、弥散粒子及粗大金属间化合物。当合金中仅有晶界和粗大金属间化合物时,淬火敏感性很低。弥散粒子的影响不仅取决于粒子的种类,还取决于粒子的形态和尺寸。合金中添加 Cr形成非共格的 E(Al18Cr2Mg3)相,更容易激发平衡相的形核,因此淬火敏感性很高;在含 Zr 合金中,细小共格 Al3Zr 粒子的存在对淬火敏感性没有明显的影响,而大的非共格 Al3Zr 粒子的存在增加了合金的淬火敏感性。合金中的再结晶程度对淬火敏感性有很大的影响。如在 7050 铝合金中再结晶分数从15%增至 80%时,合金时效后的强度下降程度从 6%增至 12%,而断裂韧性下降程度从 45%减小至 32%,但伸长率下降程度差别不大。合金中亚晶界数量的增加导致缓冷时 η 平衡相析出的数量增多,提高淬火敏感性;而亚晶界的取向差增大可增加 η 平衡相形核率,从而提高淬火敏感性。仅考虑淬火敏感性时,合金中的界面(晶界,相界)越少越好,但会降低其它性能。因此,需要开展更深入的工作来探明最佳的微观组织模式,使合金具有低淬火敏感性的同时还具有高强度高韧性耐蚀及良好的抗疲劳性能。 2.3 制备工艺的影响  一般来讲,7000 系铝合金的制备过程主要包括熔炼和铸造、铸锭均匀化、塑性变形、固溶、淬火和时效,每一个工序对淬火敏感性都会产生影响。 (1) 铸造工艺  12    铸造工艺会影响固溶体的稳定性,进而影响淬火敏感性。ZAKHAROV 和 LEVIN通过绘制 TTP 曲线研究了铸造条件对 Al-Zn-Mg 合金固溶体稳定性的影响,发现增加铸锭的直径、减小浇注速度及降低熔体的温度可提高固溶体的稳定性,降低淬火敏感性;例如铸锭直径从 92 mm 增加至 370 mm 时,合金淬火时的临界冷却速率从 35 ℃/s 降至 15 ℃/s;当浇注速度从 120 mm/min 减小至 30 mm/min 时,合金的临界冷却速率从 42 ℃/s 降至 28 ℃/s。铝合金淬火炉其本质在于铸造工艺改变了过渡族元素在铸锭中的分布特点,即是形成粗大金属间化合物,还是保留在过饱和固溶体中随后以弥散粒子的形式析出。  (2) 均匀化制度  铸锭均匀化是 7000 系铝合金制备的一个关键工序,均匀化可改变弥散粒子的析出状态,进而改变合金中的晶粒组织(如再结晶分数),必然对淬火敏感性产生影响。合理的均匀化制度可有效降低合金的淬火敏感性,如 7050 合金铸锭经快速和慢速升温均匀化之后,轧制板材空冷并时效后的硬度较水淬的分别下降了 26.3%和 21.8%;Al3Zr 粒子析出最少的均匀化制度对应淬火敏感性最低,空冷合金较水淬的硬度只下降了 15.8%。 (3)热变形  塑性变形可提高合金的淬火敏感性,如 7050 和7055 铝合金热轧变形后,其淬火敏感性极大地增加。变形程度越大,合金的淬火敏感性越高,如对 7050 铝合金的研究发现,轧制变形量分别为0%30%、50%和 85%时,空冷试样时效后的硬度较20 ℃水淬的分别下降了 4%、12%、28%和 42%。变形速率也会影响合金的淬火敏感性,如对 7050 铝合金研究发现,轧制变形速率为 5、8、15 s−1时,空冷试样时效后的硬度较水淬分别下降了 19.2%、22.1%和36.9%。塑性变形对合金淬火敏感性的影响程度还受微量元素的影响,如研究发现含 Zr 和 Hf 合金的淬火敏感性随变形程度增加而变大,但含 Cr 合金的淬火敏感性却不受变形程度的影响。微观组织研究表明,热变形之所以对淬火敏感性产生影响,是因为合金中的再结晶程度、亚晶大小、亚晶界及弥散粒子的性质因变形而被改变。 (4) 固溶处理  7000 系铝合金固溶处理时,可溶第二相溶解的同时基体往往会发生再结晶,改变微观组织必然对淬火敏感性产生影响。如采用末端淬火方法对 7050 铝合金的研究表明,当固溶温度从 475 ℃提高至 490 ℃时,合金的淬火敏感性降低,其淬透层深度从约 55 mm增加至 75 mm,提高了 36%。一般来讲,再结晶的发生会导致弥散粒子与基体间的界面由(半)共格关系转变成非共格关系,增加缓冷时平衡相的形核位置,提高淬火敏感性;因此,在固溶处理时如何控制再结晶是非常重要的。 (5)时效制度  合金的淬火敏感性高低是不同淬火条件下时效后性能的下降程度来体现的,因此,时效制度不同,性能的下降程度也有差别。如通过双级时效处理,可使慢速淬火 7055 铝合金时效后性能的下降程度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,铝合金淬火炉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。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 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。为了能够全面认识铝合金淬火炉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。


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