鋁-鋅-鎂中強可焊合金的時效過程
2018年02月01日 9:18 5495次瀏覽 來源: 中國有色網(wǎng) 分類: 鋁資訊 作者: 王祝堂
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(qū)→T'-T(Al2Mg3Zn3)
GP區(qū)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(fā)生。
工業(yè)中應(yīng)用最廣的α+η或α+T型合金的一般時效過程:
球形GP區(qū)→有序GP區(qū)→η'→η→T
這類合金時效時結(jié)構(gòu)的變化與溫度有關(guān),低溫時效(時效溫度Ta≤117℃),主要沉淀相是η,高溫(Ta>277℃)時效沉淀相為T;GP區(qū)有兩種:球形的、無序化;有序化的,由球形的轉(zhuǎn)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:晶界沉淀相(GBP),晶間無沉淀帶(PFZ)和基本沉淀相(MPt)。這三種組織參數(shù)的變化與熱處理規(guī)范有關(guān),通常規(guī)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(jié)下來的空位愈少;時效溫度越高,組織參數(shù)發(fā)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,沉淀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(shù)的變化還與臨界形成核溫度Tc的高低有關(guān)。如果時效溫度Ta≤Tc,三種組織參數(shù)發(fā)展較慢,若Ta>Tc,組織參數(shù)發(fā)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Ta<Tc,PFZ寬度則隨時間延長而變寬,但是,若Ta>Tc則相反,即隨時延長反而變窄,這就是說,在PFZ內(nèi)部也發(fā)生了沉淀。
顯微組織參數(shù)的消長或變化即決定了合金的強度、韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能,而熱處理的就是根據(jù)使用性能要求來調(diào)整或控制這三種組織參數(shù)的變化。另一方面,這三種組織參數(shù)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(diào)節(jié)。
合金化簡說
Al-Zn-Mg系合金的成分很分散,Zn+Mg含量為4.5%~7.6%,除個別合金外,Zn/Mg比均為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,并有優(yōu)秀的可焊性,故被稱為中強可焊合金。
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%)等是為提高合金抗應(yīng)力腐蝕能力,且以Cr的作用最明顯,比同量Mn的數(shù)大10倍。Cu雖提高合金的強度和抗應(yīng)力腐蝕性能,但對可焊性不利,其含量應(yīng)<0.25%。
微量Ag(0.2%~0.5%)雖可以大大提高抗應(yīng)力腐蝕性能和組織穩(wěn)定性。因為Ag能提高Tc溫度,減少GBP數(shù)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(yè)協(xié)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(yīng)力腐蝕性能的能力,因此,用于焊接的Al-Zn-Mg合金的Zr含量應(yīng)<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(fù)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)
責(zé)任編輯:于璐
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