7xxx二铝合金时效工艺有单级时效〔T5, Tfi)、双级时效Mx), RRA回归再时效),其中Tfi(或T5)能获得较高的强度,T7x的抗腐蚀性性能较好,RRA回归再时效、非等温时效具有较好的综合性能图3为铝合金常用时效工艺制度示意图。
3.1单级时效(T5, T6)
合金固溶淬火后在一定的温度下等温时效,其中TS态为高温加工成型冷却后进行人工时效的工艺,T6态为固溶处理后经人工时效的状态。单级峰时效可使合金获得较高的强度了。二合金最早的热处理制度便是采月该种方法,但由于显微组织中晶界析出相连续,合金的抗腐蚀性能一般。
3.2双级时效[TX7]
为克服了7xxx合金对应力腐蚀开裂(5CC)及剥落腐蚀的敏感性,高强铝合金在生产中常进行双级时效(又称阶段时效)。该过程涉及温度的变化:第一阶段为低温时效的成核阶段,形成细小的GP区及n‘相为终时效的析出相提供形核点;第二阶段为高温时效的稳定化阶段,晶内为尺寸较大的n了相,晶界处为不连续的粗大的q相,耐腐性提高,但合金强度比Tfi态的下降10%一15%,该工艺是在牺牲强度的条件下提高耐腐蚀性门。为减小剥落腐蚀敏感性,人们相继研发了T73,T76工艺,为了减小强度损失,并且使耐腐蚀性介于T73与T76,又研发了T74 (T736)态热处理制度。近年来针对7056, 7449合金的中高厚度的结构件,研究者开发了轻微过时效的T79态工艺。
3.3回归再时效(RRA)
为了兼顾铝合金的强度和抗腐蚀性,以色列人Cina在1974年发明一种新型的三级时效一RRA(回归再时蜘工艺,该工艺的出现在铝合金发展史上具有重要的里程碑意义。图4为回归与再时效处理过程中合金力学性能随回归时间变化的示意图,这种工艺能使合金具有近似T6态的峰值强度和过时效态的耐腐蚀性,RRA工艺主要包括三个阶段:
(1)预时效(Pre-agein幼,在较低温度下进行欠时效或T6态,显微组织和性能与T6时效状态相同:(2)回归仅etrogression),在较高温度下进行短时加热处理,预时效中形成的GP区或半共格析出相发生部分回溶,晶界上的链状析出相长大并聚氛开始呈断续分布,这种结构的晶界析出相改善了合金的5CC,而晶内析出相溶解使合金的强度降低;(3)再时效(re一叱eila公,进行类似预时效的热处理使合金达到峰值强度,晶内析出细小弥散的q了相,晶界仍为断续的非共格的相,KRA的关键是在回归过中,使晶内GP区及细小ti’相充分固溶,利于再时效时析出。1989年,美国铝业公司以RRA处理为基础的上研发了了050及了150合金热处理制度并注册了名为T77的专利,通过该工艺的制品被广.泛应用在客机的框架、蒙皮、舱壁等构件上。RRA由于回归时何较短,限制了其应用范围,郑子樵等人将回归温度降低到185℃,延长回归时间,进而使RRA处理可较好的用于厚板构件,作者同时指出延长预时效时间能够使合金获得更好的抗应力腐蚀性。
3.4非等温时效
7xxx系铝合金的非等温时效(Non-isth二al aging, NW工艺是一种新型时效工艺,它是针对大尺寸、高性能铝合金构件时效处理的要求研发的阂.该时效工艺的主要特点是在连续变化的温度场中完成铝合金的时效处理,通过不同升温和降温区间的合理搭配实现性能的调控,能达到和T74态工艺相当甚至更优的性能。该工艺还可以缩短时效时间、降低能耗,契合了现代热处理技术的发展要求。
为了提高铝合金的强度、韧性、耐肩蚀等综合性能,采用过时效处理改善合金综合性能,也成了该系合金发展的主流.目前时效制度的发展方向为76-T73-+T76 -174-177 (RRA)-T79.图5为了~系铝合金不同时效状态处理后强度与抗应力腐蚀的变化规律示意图。
4.时效显微组织的表征
需要指出的是合金的时效析出相尺寸为纳米级别(I-loo二),在常规的光学显微镜(ox)和扫描电子电镜(SEM)下难以观察到,需要借助透射电子显微镜(TEM)来观察,生产中部分技术人容易将金相组织中的观察到的第二相,误称作析出沉淀相相,严格上讲这是不准确的。目前TEM观察是应用于表征Txxx系铝合金的NPt, GBP和PFZ等微观组织的重要先进手段,它可以观察不同晶带轴下的析出相的形貌和尺寸分布,为分析合金的性能变化提供有效的微观组织依据。但是了EN样品制样要求很高,通常要经过双喷减薄或离子减薄。同时又透射电子显微镜购买费用较高,目前国内只有少数高等院校研究所具有该类设备,企业很少具有该类仪器设备,观察每个样品要500500元/h,检测成本较高,通常为高等院校用来做学术研究用,针对此情况,应该加大产学研合作,探索出适宜工业化批量生产的时效工艺。
此外,x射线衍射CXRD)在7xxx系铝合金微观组织的研究中可做定性物相分析或半定量物相分析。但该技术还不能表征低体积分数(小于5%)的物相。通过差示扫描量热法(DSC)可以表征了二二系铝合金中各个析出相的析出温度和溶解温度,这些表征方法为研究铝合金时效组织的演变规律和时效热处理工艺的优化提供了有力的技术支撑。
5.结语
时效工艺是提高7x)oc铝合金力学性能的重要手段,只有了解了时效强化的规律及其对合金组织与性能的影响,掌握影响高强铝合金时效的因素,我们才能利用时效工艺来挖掘铝合金性能提升的潜力7xcx时效热处理的工艺调控越来越精细,使合金的强度、韧性、耐蚀性得到最佳配合是未来发展的方向。目前我国优化7xxx铝合金的双级时效或者多级时效尚处于初级应用阶段,应加快将现有成果应用到实践中:此外,要加强产学研的合作,发挥高校研究院所科研技术和实验设备表征的优势与企业生产实践经验的优势,以加快我国时效工艺技术的发展与应用。