鄔建新，趙 斌，何 鵬，李玉紅

陜西飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，陜西漢中 723215

0 引言

航空技術(shù)的發(fā)展對(duì)飛機(jī)用結(jié)構(gòu)材料提出了越來(lái)越高的要求，飛機(jī)用鋁合金材料從高強(qiáng)和低韌發(fā)展到高強(qiáng)高韌，進(jìn)而向高強(qiáng)高韌、高斷裂韌性、高耐應(yīng)力腐蝕發(fā)展。高強(qiáng)高韌、高斷裂韌性、高耐應(yīng)力腐蝕的鋁合金成為飛機(jī)用鋁合金的發(fā)展方向[1]。1933鋁合金因?yàn)槠渚哂辛己玫木C合性能，在國(guó)內(nèi)飛機(jī)上開(kāi)始得到應(yīng)用，除了強(qiáng)度和延伸率高外，還具有優(yōu)異的抗疲勞、抗應(yīng)力腐蝕和斷裂韌性性能。為了獲得此合金較好的綜合性能，必須選擇適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に噮?shù)。

鋁合金材料的電導(dǎo)率作為反映其綜合性能的指標(biāo)，不僅反映了材料的導(dǎo)電能力，而且也與材料的成分和內(nèi)部組織有關(guān)，電導(dǎo)率作為性能指標(biāo)與強(qiáng)度及延伸率同樣重要，而人工時(shí)效對(duì)其綜合性能的影響最為關(guān)鍵，本文通過(guò)測(cè)定不同時(shí)效工藝下的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率和電導(dǎo)率值，利用時(shí)效溫度及時(shí)間與抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率及電導(dǎo)率的影響關(guān)系，確定了最佳時(shí)效工藝。

1 試驗(yàn)材料及方法

選用某飛機(jī)用新材料1933鋁合金鍛件作為試驗(yàn)材料，鍛件規(guī)格為300mm（高）×440mm（寬）×720mm（長(zhǎng)），化學(xué)成分為Cu1.0%，Mg2.1%，Zn6.9%，F(xiàn)e0.11%，Si＜0.1%，狀態(tài)為退火狀態(tài)，試樣加工成30mm×30mm×110mm毛坯試樣，每組試驗(yàn)采用10個(gè)試樣。試樣固溶處理為465℃，固溶保溫時(shí)間為4h，水冷。

雙級(jí)時(shí)效工藝試驗(yàn)：

一級(jí)時(shí)效溫度對(duì)性能的影響試驗(yàn)：一級(jí)時(shí)效溫度依次為75℃、85℃、95℃、105℃、115℃、125℃、135℃，保溫時(shí)間為10h，二級(jí)時(shí)效為180℃×6h。

二級(jí)時(shí)效溫度對(duì)性能的影響試驗(yàn)：一級(jí)時(shí)效溫度為115℃×10h，二級(jí)時(shí)效溫度依次為160℃、170℃、180℃、190℃、200℃，保溫時(shí)間為6h。

一級(jí)時(shí)效時(shí)間對(duì)性能的影響試驗(yàn)：一級(jí)時(shí)效溫度為115℃，保溫時(shí)間依次為3h、5h、7h、9h、11h、13h、15h，二級(jí)時(shí)效為180℃×6h。

二級(jí)時(shí)效時(shí)間對(duì)性能的影響試驗(yàn)：一級(jí)時(shí)效溫度為115℃×10h，二級(jí)時(shí)效溫度為180℃，保溫時(shí)間依次為0h、3h、6h、9h、12h。

試樣人工時(shí)效后加工試樣毛坯表面，進(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)定，加工成標(biāo)準(zhǔn)拉力棒后進(jìn)行強(qiáng)度和延伸率試驗(yàn)。

電導(dǎo)率測(cè)量所用設(shè)備為 Sigmatest2.067型渦流電導(dǎo)儀，強(qiáng)度和延伸率試驗(yàn)采用島津生產(chǎn)的AG-100KN 1型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

1933鋁合金鍛件經(jīng)465℃保溫4h后再進(jìn)行不同的人工時(shí)效，與其它同系合金一樣采用雙級(jí)時(shí)效制度，測(cè)定其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率和電導(dǎo)率值，繪制圖表，其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率及電導(dǎo)率的變化規(guī)律如圖1所示。一級(jí)時(shí)效溫度變化對(duì)強(qiáng)度和延伸率變化不明顯，但高于125℃，強(qiáng)度損失較大；隨二級(jí)時(shí)效溫度的升高，強(qiáng)度迅速下降，延伸率升高； 一級(jí)時(shí)效時(shí)間對(duì)強(qiáng)度和延伸率及電導(dǎo)率的影響不大，二級(jí)時(shí)效的時(shí)間增加，電導(dǎo)率明顯提高，而強(qiáng)度和延伸率同時(shí)下降，時(shí)間延長(zhǎng)，電導(dǎo)率升高趨緩，延伸率走平，強(qiáng)度持續(xù)不斷下降。

圖1 不同的時(shí)效溫度及時(shí)效時(shí)間與性能的關(guān)系圖

對(duì)上述結(jié)果我們進(jìn)行理論分析，1933鋁合金組織由α固溶體及第二相質(zhì)點(diǎn)組成，第二相質(zhì)點(diǎn)按其生成機(jī)理可以分為三類(lèi). 第一類(lèi)為初生的金屬間化合物，是在結(jié)晶時(shí)直接從液相生成，尺寸較大，呈塊狀，在壓力加工過(guò)程中被破碎，往往沿變形方向排列成串，熱處理加熱時(shí)不溶于固溶體，他們的存在降低合金的斷裂韌性；第二類(lèi)是含鉻的彌散質(zhì)點(diǎn)，在高溫下從固溶體中析出，尺寸較小，對(duì)合金的再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大有明顯的阻礙作用；第三類(lèi)是時(shí)效強(qiáng)化質(zhì)點(diǎn)，合金固溶加熱時(shí)溶于固溶體中，時(shí)效時(shí)，從固溶體中析出，形狀和尺寸變化較大，是影響合金性能的主要因素[2-4]。1933合金固溶處理后，隨著時(shí)效溫度升高和時(shí)間延長(zhǎng)所發(fā)生的過(guò)程是：過(guò)飽和固溶體球狀G.P區(qū)有序G.P區(qū)η’+T’η+T。1933合金在115℃時(shí)效，首先形成彌散分布的G.P區(qū)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，G.P區(qū)數(shù)量和尺寸也逐漸增大，一級(jí)時(shí)效結(jié)束，G.P區(qū)較均勻分布，數(shù)量和尺寸達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在向二級(jí)時(shí)效升溫過(guò)程中，G.P區(qū)的尺寸不斷長(zhǎng)大，到180℃，強(qiáng)度達(dá)到最大值。隨著二級(jí)時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，G.P區(qū)長(zhǎng)大到一定程度，形成半共格的η’+T’相，在峰值時(shí)效時(shí)沿晶界分布的第一類(lèi)質(zhì)點(diǎn)和第二類(lèi)質(zhì)點(diǎn)在高溫下緩慢聚集長(zhǎng)大，強(qiáng)度明顯降低，隨時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng)，部分半共格相轉(zhuǎn)化為非共格的η+T相，晶界的第二相和強(qiáng)化質(zhì)點(diǎn)聚集長(zhǎng)大，在晶界的部分區(qū)域形成所謂的無(wú)沉淀析出帶，強(qiáng)度繼續(xù)下降，電導(dǎo)率升高，損失了部分強(qiáng)化效果，但由于晶界的腐蝕通道作用減弱，內(nèi)應(yīng)力降低，抗應(yīng)力腐蝕、疲勞性能進(jìn)一步提高，綜合性能較好，合金處于進(jìn)一步的過(guò)時(shí)效階段，1933鋁合金熱處理就是達(dá)到此種狀態(tài)，保證合金的抗應(yīng)力腐蝕和斷裂韌性，而強(qiáng)度下降的幅度又不大。

從圖1可以看出，一級(jí)時(shí)效溫度變化對(duì)性能的變化不明顯，但一級(jí)時(shí)效溫度高于125℃時(shí)，電導(dǎo)率增加很小而強(qiáng)度和延伸率損失較大；隨二級(jí)時(shí)效的溫度的升高，強(qiáng)度迅速下降，電導(dǎo)率和延伸率迅速升高，隨著時(shí)效溫度的增加變化趨緩，高于180℃，變化緩慢。一級(jí)時(shí)效時(shí)間對(duì)電導(dǎo)率和強(qiáng)度及延伸率的影響不大，隨著時(shí)間增加，電導(dǎo)率逐漸增加，高于11h，強(qiáng)度下降明顯。隨著2級(jí)時(shí)效的時(shí)間增加，電導(dǎo)率增加較大，強(qiáng)度及延伸率下降，但時(shí)間延長(zhǎng)電導(dǎo)率增加趨緩，延伸率基本不變，而強(qiáng)度呈不斷下降趨勢(shì)。

綜合上述試驗(yàn)結(jié)果及分析，可以得出1933鋁合金鍛件時(shí)效工藝參數(shù)為：一級(jí)時(shí)效溫度115℃，保溫10h左右，二級(jí)時(shí)效溫度180℃，保溫6h。

3 結(jié)論

利用不同時(shí)效工藝下測(cè)定的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率及電導(dǎo)率值，得出了時(shí)效工藝與性能的關(guān)系，從而確定了1933鋁合金鍛件的最佳時(shí)效工藝參數(shù)。

1933鋁合金鍛件的最佳時(shí)效工藝參數(shù)為：一級(jí)時(shí)效溫度115℃，保溫10h，二級(jí)時(shí)效溫度180℃，保溫6h。

[1]吳一雷，李永偉.超高強(qiáng)度鋁合金的發(fā)展和應(yīng)用[J].航空材料學(xué)報(bào)，1994，14(1)：49-55.

[2]劉員旭.金屬熱處理原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1984：275-279.

[3]寧愛(ài)林，劉志義，鄭青春，曾蘇民.分級(jí)固容對(duì)7A04鋁合金組織與性能的影響.中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2004，14(7)：1211-1216.

[4]王學(xué)軍，聶波，謝延翠.熱處理制度對(duì)7075鋁合金電導(dǎo)率的影響[J].輕合金加工技術(shù)，2001(7)：40-43.