7050铝合金厚板组织性能的研究

7050铝合金厚板组织性能的研究

对合金板的化学成分的影响该飞机的主要部件采用70纳米的高强度铝，与欧洲、美国和母海相结合。这是航空工业所需要的重要材料。该合金板经化学成分优化、淬火预拉伸、双级时效等工艺处理,显著降低淬残余应力,控制合金强度,获得优良的综合性能。本试验结合工业生产,在热处理、预拉伸等工艺进行开发研究,确定7050合金厚板T7651状态工艺制度,生产出满足型号工程标准要求且产品主要指标达到用户要求的预位伸厚板,并为将来批量试制打下基础。1测试1.1m1330铸锭按表1化学成分配制7050合金熔体,用半连续水冷铸造方法生产400mm×1120mm×1550mm铸锭,铸锭要求一级疏松、一级氧化;经510～540℃,30h均匀化处理、锯切、铣面后,用7A01合金进行工艺包铝,金属温度380～440℃,采用高温、高速、大压下量轧制工艺热轧至50mm后切取试样50mm2块、170mm1块供试验用。1.2超声波探伤a级1.2.1力学性能应符合表2规定1.2.2断裂韧性应符合表3规定1.2.3超声波探伤符合A级要求;剥落腐蚀等级不大于EB级;板材电导率不小于21.5MS/m;板材C环应力腐蚀试验按HB5259进行,高向施加170MPa应力,30天(720小时)不开裂。1.3试验结果与分析为了研究淬火温度、时效温度及时效时间对板材组织与性能的影响,在实验室中作以下实验以确定其热处理制度。1.3.1淬火温度的研究(见表4)为防止出现过烧,结合盐浴炉生产实际和表4数据我们选取淬火最佳温度为470～475℃。1.3.2经查阅7XXX系时效制度工业统计和有关文献确定一级时效温度为121±1℃,为使材料获得合适的强度以保证材料综合性能按以下二级时效制度进行研究,见表5。1.3.2实验结果,见表6、表7。从表6、表7中可以看出,力性能随时效温度的升高而降低,断裂韧性在071试样二级时效制度时达到峰值。由此选取071试样制度作为工业化生产时效制度。综上试验结果得出7050T7651热处理制度如下:A淬火制度:盐浴槽定温473±2℃;保温时间180分钟;淬火转移时间≤20秒;淬火水温,室温。B时效制度:测温生产,定温140℃,测金属高点温度达85℃时,改定温120℃(每区改温),测金属低点温度达117℃时,不停电不停风保温5h(金属要求温度120±3℃)。再次改定温190℃,测金属高点温度达155℃时,改定温174℃(每区改温),测金属低点温度达171℃时,不停电不停风保温15h(保温时间从金属低点温度达171℃时开始计算),金属要求温度174±3℃。金属温度超过176℃时,开炉门控制金属温度。1.3.3工业化生产结果,如表8、表9所示。其它指标检测结果:超声波探伤符合A级要求;剥落腐蚀等级不大于EB级;板材电导率21.9MS/m。应力腐蚀结果合格;拉伸量2.6%。2试验结果分析2.17050合金是美国Alcoa铝业公司20世纪70年代研制出的优质铝合金,具有高强、高韧和抗腐蚀优良的综合性能。该合金在常用的7075合金基础上,增加了锌、铜含量,增大了锌/镁比,大幅度减少了铁、硅杂质含量。该合金由于Zn、Mg含量的增加,时效强化相的体积分数增加,晶界沉淀相覆盖晶界的比率也增大,为了保证强度和耐蚀性的良好结合,必须采用新的热处理工艺。通过调整7050合金的化学成分,提高纯度,采用良好的热处理工艺,调整合金的组织结构,从成分和组织上保证合金的强度和韧性。铝合金经过热处理后,其微观结构特征—GP区,基体沉淀和晶界沉淀的种类、大小和分布,无沉淀带的宽度以及分布等发生了变化,而这些对其力学性能和应力腐蚀性能有重要影响。7050合金应力腐蚀裂纹一般沿晶界扩展,因此晶界的化学性质对应力腐蚀起着十分重要的作用。一般认为基体沉淀相愈弥散、细小,合金强度愈高,晶界沉淀相越粗大、离散,则抗应力腐蚀性能就越好。从本研究预拉伸厚板的低倍组织观察(见图1),晶细小均匀,没有冶金缺陷。进一步开展金相组织高倍分析(见图2),厚板变形充分,初生的铁、硅杂质相减少。良好的组织状态有利于本研究合金获得高强度和良好断裂韧性性能,通过热处理工调整,进一步保证合金的耐腐蚀性(电导率性能间接体现)。2.27050合金厚板在淬火时产生残余应力,表层金属产生拉应力,内层金属产生压应力。随着板材的进一步冷却,板材芯部收缩受到硬化表层的约束,因此心部残余应力呈拉应力,而表层残余应力呈压应力。而且由于表层冷却快,晶粒较细小,屈服极限较高,预拉伸时在试样端部施加的是均匀外力,屈服极限较低的芯部易于发生塑性变形,最后导致表层金属残余有压应力,内部金属残余有拉应力。经采用1.5%～3.0%拉伸量的塑性变形后,残余应力基本消除,并且板材表面平直度达到纵向≤3mm/全长,横向≤3mm/m。综合上述试验结果及分析,认为7050-T7651板材生产工艺参数为:淬火温度473±2℃/180min,转移时间小于20s,淬火后4h内预位伸变形量1.5%～3.0%,间隔时间不大于48h,时效制度121±2℃/5h+174±2℃/15h。其综合性能可满足材料供货协议的要求。3预拉伸变形量单位间隔时间3.17050-T7651板材生产工艺参数为:淬火温度473±2℃/150分钟,转移时间小于20s,淬火后4h内预拉伸变形量1.5%～3.0%,间隔时间不大于48h,