再时效对过时效7B50合金力学及腐蚀性能的影响

刘维，陈康华，陈送义，董朋轩，孙擎擎



再时效对过时效7B50合金力学及腐蚀性能的影响

刘维，陈康华，陈送义，董朋轩，孙擎擎

(中南大学 粉末冶金国家重点实验室，湖南 长沙，410083)

采用透射电子显微镜观察(TEM)、电化学阻抗谱法(EIS)及力学性能测试等研究不同双级过时效温度下再时效对双级过时效7B50合金显微组织和力学性能的影响，并将双级过时效−再时效处理条件下合金性能峰值点与单级峰时效、双级过时效及常规回归再时效进行显微组织及力学和腐蚀性能的对比。结果表明：再时效可明显提高双级过时效态合金的性能；再时效处理后，合金强度在过时效温度为160 ℃条件下达到峰值；与单级峰时效相比，双级过时效−再时效峰值条件下，在保持高强度的同时，合金的电导率提高了13.4%，同时断裂韧性也提升12.5%；与双级过时效、常规回归再时效和单级峰时效处理相比，在双级过时效−再时效峰值条件下，合金具有高的抗剥落腐蚀性及低的应力腐蚀敏感性。

7B50合金；再时效；力学性能；腐蚀性能

7B50合金具有高的强韧性与优异的淬透­­­­­­性，其综合性能优于7B04和7050，已广泛应用于国防、航空航天领域[1−3]，如7B50-T7751合金板材和挤压材用于制造波音757，767及空中客车A310和麦道MD-11等飞机的上翼结构件[4]。高强度与低应力腐蚀抗力之间的矛盾一直以来是困扰7000系合金的难题。为解决合金峰值时效T6态的高应力腐蚀敏感性，1961年Alcoa公司开发了T73双级过时效制度，减少了合金应力腐蚀的敏感性，并提高了合金的断裂韧性，但合金的强度降低较多；同年又开发了T76制度，减少了强度的损失(9%~12%)，兼顾了合金的强度和腐蚀性能。以色列飞机公司CINA[5]提出的一种三级时效工艺回归再时效(RRA)处理，为该难题提供了解决方法，使合金具有峰时效强度的同时又具有媲美双级过时效T7X的耐蚀性，但由于其回归的温度高(200~280 ℃)，回归时间短(0.5~1 h)，难以在大构件上应用。迄今为止，关于回归再时效处理对7000系铝合金组织和性能的影响，国内外学者做了大量研究[6−21]。然而，这些研究工作主要基于较高温度上较短时间的回归处理，在大厚板的时效处理中仍难以应用；本文作者在低温长时过时效的基础上，参考陈康华等[22]研究发明的一种Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的时效热处理方法，即预时效−过时效−再时效工艺，研究了不同双级过时效温度下再时效对双级过时效态7B50合金硬度、电导率及拉伸性能的影响，并将双级过时效−再时效处理条件下性能峰值点与峰值时效、双级过时效及常规回归再时效进行组织和性能的比较，为航空急需厚板的时效处理制度提供了试验基础和理论依据。

1 实验

1.1 材料

实验所用材料为东北轻合金有限责任公司提供的7B50挤压材，通过EDX荧光光谱分析，测得其实际化学成分如表1所示。

表1 7B50合金的化学成分(质量分数)

1.2 材料的热处理工艺

材料在高温电阻炉中经480 ℃，0.5 h固溶，然后快速淬火(淬火水温＜25 ℃)，淬火后，立即在在电热鼓风干燥箱中进行不同制度的时效处理，具体时效工艺如表2所示。

表2 7B50合金的时效处理工艺

1.3 性能测试与组织观察

采用HBRUV−187.5型布洛维光学硬度计测样品硬度，载荷为294 N；用7501A涡流电导仪测试样品电导率。每个样品测试至少3次，取平均值。

采用美国Instron 3369力学试验机测试进行试样力学性能(强度及断裂韧性)的测试，拉伸速率为 1 mm/min。

剥落腐蚀实验按照ASTM G34—79标准进行。腐蚀溶液为4 mol/L NaCl+0.5 mol/L KNO3+0.1 mol/L HNO3，加蒸馏水稀释至1 L。实验溶液体积与试样面积之比为25 mL/cm2，溶液温度控制在(25±2) ℃，浸泡时间为48 h。

采用低应变速率拉伸试验(SSRT)测试材料的SCC敏感性，试验参照GB/T 1597.7—2000标准，在西安力拓低应变速率腐蚀拉伸机上进行。应变速率为3.3×10−7/s，所用腐蚀溶液为3%NaCl+5 mL/L H2O2，加蒸馏水稀释至1 L。采用断裂时间和断裂时的最大强度综合评价材料的应力腐蚀敏感性。

电化学阻抗谱(EIS)测试在CHI660C电化学工作站上进行，采用饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂电极作为辅助电极，腐蚀溶液体系为EXCO(4 mol/L NaCl+0.4 mol/L KNO3+0.1 mol/L HNO3)溶液，试验温度保持在25 ℃左右，测试面为S-L面，面积为1 cm2。电化学阻抗测试于开路电位稳定时进行，测试频率为1×105~1×10−2Hz，激励信号幅值为10 mV。

透射电镜薄片样厚度减至0.08 mm，在MTP−1 双喷电解减薄仪上双喷减薄、穿孔，电解液体积比为：(硝酸)׃(甲醇)=3׃7，温度控制在−25 ℃以下，电压为15~20 V，电流为60~80 mA。在JEM−2100F型透射电镜上进行组织观察。

2 实验结果与讨论

2.1 力学性能和电导率

图1所示为不同过时效温度下，双级过时效及再时效处理过程中7B50合金硬度、强度和电导率的变化曲线。由图1可知：双级过时效过程中，随着过时效温度的升高，合金的硬度和强度呈单调下降趋势，在较高温度(＞170 ℃)下，合金硬度和强度下降速率明显加快；合金电导率随过时效温度的升高呈单调上升趋势，在较高温度(＞170 ℃)下，合金电导率上升速率明显增大。再时效处理后，合金硬度和强度随过时效温度的升高先升高后降低，存在一个峰值温度 (160 ℃)；同时合金电导率呈单调上升趋势。较双级过时效态，双级过时效−再时效后合金的硬度、强度及电导率都有明显的提高。