Al-4.3Zn-1.3Mg合金板材时效工艺研究

Al-4.3Zn-1.3Mg合金板材时效工艺研究

于莉莉，谢延翠，路丽英

东北轻合金有限责任公司，黑龙江省哈尔滨市 150060

摘要：对一种10mm厚Al-4.3Zn-1.3Mg合金板材进行时效处理并研究了不同时效制度对板材力学性能和组织的影响规律。结果表明，当采用120℃/28h的工艺制度进行时效处理时，板材获得了最佳的强度性能。

关键词：Al-Zn-Mg合金；显微组织；力学性能

Abstract: The 10mm thick Al-4.3Zn-1.3Mg alloy plate was aged, and the influence of different aging systems on   the mechanical properties and microstructure of the plate was studied. The results show that when the aging treatment is carried out by the process system of 120°C/28h, the plate obtains the best strength performance.

Keywords: Al-Zn-Mg alloy; microstructure; mechanical properties

中高强度Al-Zn-Mg合金，具有较高的强度，良好的焊接性能和工艺性能，是航空航天以及地面车辆和装备的主要焊接结构材料，被广泛运用于制造高速列车的车体等行业[1]。新研发的一种Al-4.3Zn-1.3Mg铝合金经过热处理后具有良好的综合热处理性能，市场潜在需求量较大。因而对Al-4.3Zn-1.3Mg铝合金板材时效工艺制度的完善是十分有意义的。

1实验材料和方法

实验用合金为工业化生产的中厚板材，板材厚度10mm，合金化学成分见表1。

表1 实验合金化学成分

Table 1 Chemical composition of experimental alloys

为获得合金板材的最佳时效温度和保温时间的匹配，开展了以下8个时效制度的时效研究，见表2。每组取三个平行试样，进行拉伸性能检测并选取典型时效状态的板材进行组织观察和分析。

表2 时效工艺研究方案

Table 2 Research scheme of aging process

2试验结果及分析

2.1 板材的力学性能

实验板材经过不同时效工艺处理的力学性能检测结果的平均值，见表3。为对比时效时间对板材性能的影响，将时效温度相同，保温时间不同的力学性能值统计于图中，见图1和图2。

表3 板材不同时效工艺下的力学性能

Table 3 Mechanical properties of plates under different aging processes

图1 115℃时效保温不同时间的力学性能         图2 120℃时效保温不同时间的力学性能

Fig. 1 Mechanical properties of 115°C            Fig. 2 Mechanical properties of 120°C aging aging insulation at different times                   insulation at different times

由图1可以看到，115℃温度下时效不同时间，板材的抗拉强度和屈服强度性能均随着时效时间的延长，先逐渐增加而后又逐渐下降。当时效时间为28h时，合金板材的强度性能达到峰值。

由图2可以看到，120℃温度下时效不同时间，板材的抗拉强度和屈服强度性能均随着时效时间的延长而逐渐升高。当时效时间延长至24h-28h时，强度值增加较缓慢。当时效时间为32h时强度值最高。

对比图1和图2可以看到，采用时效温度为120℃保温时间为28h的时效制度，板材可获得较优异的强度性能。

2.2 板材的组织

选择时效温度为120℃处理的不同时效时间的试样，进行组织分析，见图3所示。

(a)为120℃/28h；(b)120℃/32h

图3 板材不同时效制度下的组织

(a)  120℃28h;(b)120℃/32h。

Figure 3 Organization of plates under different limitation systems

由图3可以看到，随着时效时间的延长，组织中逐渐出现了点状和棒状的第二相（图3-a和图3-b），而且随着时间的延长，第二相数量有所增加。当时效时间延长至32h时，组织中的第二相尺寸增大，分布密度有所下降，这也是导致时效时间为32h时板材的力学性能低于28h时效的力学性能的主要原因。Al-Mg-Zn合金其主要为第二相强化，主要的强化相为η（MgZn2）相和T（Al2Mg2Zn3）相，时效过程中的主要相变过程为：过饱和固溶体→GP区→η'相→η相[2]。结合此前的组织分析结果，可以推断实验合金组织中观察到第二相分别为T相和η相。

3结论

1.实验合金板材适宜的时效制度为120℃/28h，其抗拉强度为343MPa屈服强度为392MPa，能够达到技术指标要求。

2.实验合金板材的主要强化相有η（MgZn2）相和T（Al2Mg2Zn3）相，当时效制度为120℃/28h时，强度相达到较理想的分布状态，其强度达到峰值。

参考文献：

[1] 丛福官.Zr、Cr元素对7N01铝合金板材组织及性能的影响[J].轻合金加工技术,2017,45(11):6.

[2] 方磊,赵新奇,等.Al-Zn-Mg基合金多级时效不同热处理阶段的析出行为研究[J].电子显微学报，2012,31（3）：9.

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