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鋁-鋅-鎂中強可焊合金的時效過程

2018年02月01日 09:18:00 中國有色網

  α+T型合金自465℃固溶處理與淬火和在不同溫度時效的分解過程:球形GP區→T'-T(Al2Mg3Zn3)GP區呈球形,是Zn、Mg原子集團,只有在較高溫度(227℃)時效才能形成。T'是過渡相,屬立方晶格。T是平衡相,也是立方晶格。這種時效過程一般在較低溫度(<205℃)很難發生。

  工業中應用最廣的α+η或α+T型合金的一般時效過程:

  球形GP區→有序GP區→η'→η→T

  這類合金時效時結構的變化與溫度有關,低溫時效(時效溫度Ta≤117℃),主要沉澱相是η,高溫(Ta>277℃)時效沉澱相爲T;GP區有兩種:球形的、無序化;有序化的,由球形的轉變而成。η'相是在100℃~140℃形成的部分共格相,六方晶格。η相是180℃以上形成的非共格相,六方晶格,可由η'相過渡而成,也可以直接由α基體析出而成。

  時效組織

  Al-Zn-Mg合金的時效組織由三部分組成:晶界沉澱相(GBP),晶間無沉澱帶(PFZ)和基本沉澱相(MPt)。這三種組織參數的變化與熱處理規範有關,通常規律是:固溶處理度愈低,空位濃度愈低;淬火冷卻速度愈慢,凍結下來的空位愈少;時效溫度越高,組織參數發展得愈快,GBP和MPt的尺寸愈大,PFZ愈寬。反之,淬火空位濃度愈高,即淬火溫度越高,沉澱相形核的臨界尺寸愈小,形核率愈高,MPt和PFZ也愈小和愈窄,GBP也愈小。另外,這三種組織參數的變化還與臨界形成核溫度Tc的高低有關。如果時效溫度Ta≤Tc,三種組織參數發展較慢,若Ta>Tc,組織參數發展就較快,則可分別得到彌散度高的均勻組織或粗大的不均勻組織。還有,若TaTc則相反,即隨時延長反而變窄,這就是說,在PFZ內部也發生了沉澱。

  顯微組織參數的消長或變化即決定了合金的強度、韌性和抗應力腐蝕性能,而熱處理的就是根據使用性能要求來調整或控制這三種組織參數的變化。另一方面,這三種組織參數的變化還可以通過添加微量元素(Mn、Cr、Zr、Ti)或形變熱處理來調節。

  合金化簡說

  Al-Zn-Mg系合金的成分很分散,Zn+Mg含量爲4.5%~7.6%,除個別合金外,Zn/Mg比均爲2~3.8,屬α+T型合金,室溫抗拉強度340N/mm2~450N/mm2,雖比硬鋁及超硬鋁的低,但比6xxx系及xxx系合金的高,並有優秀的可焊性,故被稱爲中強可焊合金。

  向這類合金添加微量Mn(0.2%~0.45%)、Cr(≤0.3%)、Zr(0.15%~0.3%)、Ti(<0.2%)和Cu(0.25%)等是爲提高合金抗應力腐蝕能力,且以Cr的作用最明顯,比同量Mn的數大10倍。Cu雖提高合金的強度和抗應力腐蝕性能,但對可焊性不利,其含量應<0.25%。

  微量Ag(0.2%~0.5%)雖可以大大提高抗應力腐蝕性能和組織穩定性。因爲Ag能提高Tc溫度,減少GBP數量,消除PFZ,提高MPt彌散度,因而消除了沿晶腐蝕特點,在美國鋁業協會公司注冊含Ag的Al-Zn-Mg系合金只有7047一種常用合金,含0.25%Ag~0.50%Ag,是美國2010年注冊的。

  Zr的主要作用是提高材料的可焊性能,也有改善抗應力腐蝕性能的能力,因此,用於焊接的Al-Zn-Mg合金的Zr含量應<0.25%。實驗證明,含0.2%Zr的Al-Zn-Mg合金的熔接裂紋顯著降低,加入0.3%Zr~0.4%Zr,焊接裂紋不復存在,但是Zr<0.1%,對可焊性能改善無效。

  Ti的作用是細化晶粒與改善可焊性,但效果不如Zr的,若它們同時加入,則效果更加明顯,例如同時加入0.12%Zr和0.1%Ti,起的作用與0.2%Zr的完全相同,如果單獨加入0.12Zr,無明顯改善可焊性能作用。

  (王祝堂)


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