1933铝合金锻件时效工艺研究

时间：2024-05-20

邬建新，赵斌，何鹏，李玉红

陕西飞机工业（集团）有限公司，陕西汉中 723215

0 引言

航空技术的发展对飞机用结构材料提出了越来越高的要求，飞机用铝合金材料从高强和低韧发展到高强高韧，进而向高强高韧、高断裂韧性、高耐应力腐蚀发展。高强高韧、高断裂韧性、高耐应力腐蚀的铝合金成为飞机用铝合金的发展方向[1]。1933铝合金因为其具有良好的综合性能，在国内飞机上开始得到应用，除了强度和延伸率高外，还具有优异的抗疲劳、抗应力腐蚀和断裂韧性性能。为了获得此合金较好的综合性能，必须选择适当的热处理工艺参数。

铝合金材料的电导率作为反映其综合性能的指标，不仅反映了材料的导电能力，而且也与材料的成分和内部组织有关，电导率作为性能指标与强度及延伸率同样重要，而人工时效对其综合性能的影响最为关键，本文通过测定不同时效工艺下的抗拉强度、屈服强度、延伸率和电导率值，利用时效温度及时间与抗拉强度、屈服强度、延伸率及电导率的影响关系，确定了最佳时效工艺。

1 试验材料及方法

选用某飞机用新材料1933铝合金锻件作为试验材料，锻件规格为300mm（高）×440mm（宽）×720mm（长），化学成分为Cu1.0%，Mg2.1%，Zn6.9%，Fe0.11%，Si＜0.1%，状态为退火状态，试样加工成30mm×30mm×110mm毛坯试样，每组试验采用10个试样。试样固溶处理为465℃，固溶保温时间为4h，水冷。

双级时效工艺试验：

一级时效温度对性能的影响试验：一级时效温度依次为75℃、85℃、95℃、105℃、115℃、125℃、135℃，保温时间为10h，二级时效为180℃×6h。

二级时效温度对性能的影响试验：一级时效温度为115℃×10h，二级时效温度依次为160℃、170℃、180℃、190℃、200℃，保温时间为6h。

一级时效时间对性能的影响试验：一级时效温度为115℃，保温时间依次为3h、5h、7h、9h、11h、13h、15h，二级时效为180℃×6h。

二级时效时间对性能的影响试验：一级时效温度为115℃×10h，二级时效温度为180℃，保温时间依次为0h、3h、6h、9h、12h。

试样人工时效后加工试样毛坯表面，进行电导率测定，加工成标准拉力棒后进行强度和延伸率试验。

电导率测量所用设备为 Sigmatest2.067型涡流电导仪，强度和延伸率试验采用岛津生产的AG-100KN 1型电子万能试验机。

2 试验结果及分析

1933铝合金锻件经465℃保温4h后再进行不同的人工时效，与其它同系合金一样采用双级时效制度，测定其抗拉强度、屈服强度、延伸率和电导率值，绘制图表，其抗拉强度、屈服强度、延伸率及电导率的变化规律如图1所示。一级时效温度变化对强度和延伸率变化不明显，但高于125℃，强度损失较大；随二级时效温度的升高，强度迅速下降，延伸率升高；一级时效时间对强度和延伸率及电导率的影响不大，二级时效的时间增加，电导率明显提高，而强度和延伸率同时下降，时间延长，电导率升高趋缓，延伸率走平，强度持续不断下降。

图1 不同的时效温度及时效时间与性能的关系图

对上述结果我们进行理论分析，1933铝合金组织由α固溶体及第二相质点组成，第二相质点按其生成机理可以分为三类. 第一类为初生的金属间化合物，是在结晶时直接从液相生成，尺寸较大，呈块状，在压力加工过程中被破碎，往往沿变形方向排列成串，热处理加热时不溶于固溶体，他们的存在降低合金的断裂韧性；第二类是含铬的弥散质点，在高温下从固溶体中析出，尺寸较小，对合金的再结晶和晶粒长大有明显的阻碍作用；第三类是时效强化质点，合金固溶加热时溶于固溶体中，时效时，从固溶体中析出，形状和尺寸变化较大，是影响合金性能的主要因素[2-4]。1933合金固溶处理后，随着时效温度升高和时间延长所发生的过程是：过饱和固溶体球状G.P区有序G.P区η’+T’η+T。1933合金在115℃时效，首先形成弥散分布的G.P区，随着时间的延长，G.P区数量和尺寸也逐渐增大，一级时效结束，G.P区较均匀分布，数量和尺寸达到动态平衡。在向二级时效升温过程中，G.P区的尺寸不断长大，到180℃，强度达到最大值。随着二级时效时间的延长，G.P区长大到一定程度，形成半共格的η’+T’相，在峰值时效时沿晶界分布的第一类质点和第二类质点在高温下缓慢聚集长大，强度明显降低，随时间的继续延长，部分半共格相转化为非共格的η+T相，晶界的第二相和强化质点聚集长大，在晶界的部分区域形成所谓的无沉淀析出带，强度继续下降，电导率升高，损失了部分强化效果，但由于晶界的腐蚀通道作用减弱，内应力降低，抗应力腐蚀、疲劳性能进一步提高，综合性能较好，合金处于进一步的过时效阶段，1933铝合金热处理就是达到此种状态，保证合金的抗应力腐蚀和断裂韧性，而强度下降的幅度又不大。

从图1可以看出，一级时效温度变化对性能的变化不明显，但一级时效温度高于125℃时，电导率增加很小而强度和延伸率损失较大；随二级时效的温度的升高，强度迅速下降，电导率和延伸率迅速升高，随着时效温度的增加变化趋缓，高于180℃，变化缓慢。一级时效时间对电导率和强度及延伸率的影响不大，随着时间增加，电导率逐渐增加，高于11h，强度下降明显。随着2级时效的时间增加，电导率增加较大，强度及延伸率下降，但时间延长电导率增加趋缓，延伸率基本不变，而强度呈不断下降趋势。

综合上述试验结果及分析，可以得出1933铝合金锻件时效工艺参数为：一级时效温度115℃，保温10h左右，二级时效温度180℃，保温6h。