王 宇,于桂斌,曹振華,李金龍,劉 歡
(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司,遼寧 遼陽(yáng) 111003)
7xxx系鋁合金屬于Al-Zn-Mg-Cu系合金,這類(lèi)合金具有比重小、強(qiáng)度高、加工性能好等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于航空航天工業(yè)和民用交通工具等[1-2],如制造飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼梁、機(jī)艙壁板等結(jié)構(gòu)件,是世界各國(guó)航空航天工業(yè)中不可缺少的重要材料[3-6]。隨著現(xiàn)代航空航天事業(yè)的發(fā)展,對(duì)7xxx系鋁合金的性能提出了更高的要求,從而促使國(guó)內(nèi)外研究工作者對(duì)7xxx系鋁合金熱處理工藝開(kāi)展了更加深入的研究[7]。7075鋁合金因其具有強(qiáng)度高、抗腐蝕強(qiáng)、良好的機(jī)械性能及陽(yáng)極反應(yīng),在航空航天工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用[8-9]。本試驗(yàn)通過(guò)研究不同厚度粗晶環(huán)對(duì)7075鋁合金擠壓棒材電導(dǎo)率和性能的影響,旨在為提高7075鋁合金綜合性能提供參考[10]。對(duì)工藝研究和鋁合金加工技術(shù)奠定基礎(chǔ)[11]。
本文選用鑄錠規(guī)格為φ120 mm×470 mm的7075鋁合金圓鑄錠,其成分見(jiàn)表1。試驗(yàn)選用型材米重0.848 kg/m,型材低倍斷面如圖1所示。通過(guò)880 T擠壓機(jī)對(duì)7075鋁合金圓鑄錠進(jìn)行擠壓生產(chǎn),擠壓工藝見(jiàn)表2。生產(chǎn)工藝流程為鑄錠加熱→擠壓→淬火→拉伸矯直→成品鋸切→人工時(shí)效→驗(yàn)收→交貨[12]。
表1 7075 合金化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)
表2 擠壓工藝參數(shù)
圖1 棒材斷面圖
分別對(duì)7075-T6試樣進(jìn)行金相低倍組織檢驗(yàn),試樣編號(hào)為1#、2#、3#、4#、5#、6#。1#、2#、3#為頭端,4#、5#、6#為尾端,具體檢驗(yàn)過(guò)程如下:
把洗削加工好的試樣放入20~35 ℃,濃度為15%~25%的NaOH溶液中,腐蝕10~15 min。將試樣取出迅速轉(zhuǎn)入流動(dòng)的清水中沖洗,然后再放入20%~30%的HNO3溶液中。酸洗15 min,除去黑色堿蝕產(chǎn)物達(dá)到清潔。將試樣取出用流動(dòng)的清水沖洗干凈,進(jìn)行觀察,其低倍組織如圖2[13]。試驗(yàn)結(jié)果如下:1#試樣粗晶環(huán)深度為5 mm,同時(shí)伴有縮尾產(chǎn)生;2#試樣粗晶環(huán)深度為2.5 mm;3#試樣粗晶環(huán)深度為2.0 mm;4#試樣粗晶環(huán)深度為1.5 mm;5#試樣粗晶環(huán)深度為1.0 mm;6#試樣無(wú)粗晶環(huán)。1#~6#試樣組織中晶粒逐漸變小,1#試樣的晶粒最粗大。通過(guò)宏觀組織檢驗(yàn),粗晶環(huán)沿制品邊緣,形成粗大再結(jié)晶晶粒區(qū)。粗晶環(huán)深度從尾端向頭端逐漸減小,以致完全消失。
(a)1#;(b)2#;(c)3#;(d)4#;(e)5#;(f)6#
選取尺寸200 mm的7075合金T6合金狀態(tài)的力學(xué)性能試樣2組,一組為有粗晶環(huán)試樣,每組6個(gè),編號(hào)分別為A1、A2、A3、A4、A5、A6,粗晶環(huán)深度依次為A1>A2>A3>A4>A5>A6。另一組無(wú)粗晶環(huán)試樣,編號(hào)分別為B1、B2、B3、B4、B5、B6。使用日本島津AG-X100KN型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)其試樣進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè),試驗(yàn)結(jié)果如表3、表4所示。可以看出,用本工藝參數(shù)生產(chǎn)的無(wú)粗晶環(huán)制品力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)均滿(mǎn)足客戶(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求,有粗晶環(huán)試樣的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨著粗晶環(huán)的增大而減小。由此可見(jiàn),粗晶環(huán)在一定程度上降低了力學(xué)性能。
表3 有粗晶試樣力學(xué)性能的對(duì)比
表4 無(wú)粗晶試樣力學(xué)性能的對(duì)比
采用型號(hào)SMP-10渦流電導(dǎo)儀(60 kHz),現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件為20.6 ℃,分別對(duì)腐蝕后的試樣進(jìn)行電導(dǎo)率檢測(cè)。試樣編號(hào)為1#、2#、3#、4#、5#、6#。粗晶環(huán)深度依次為1#>2#>3#>4#>5#>6#,1#試樣粗晶環(huán)處晶粒尺寸較大,2#和3#試樣粗晶環(huán)處晶粒尺寸相差不大,4#和5#試樣粗晶環(huán)處晶粒尺寸相差不大,6#試樣無(wú)粗晶環(huán)。檢測(cè)流程如下:開(kāi)機(jī)→連接→校準(zhǔn)→測(cè)量。當(dāng)渦流電導(dǎo)儀靠近試樣時(shí),其表面出現(xiàn)電磁渦流,由于1#試樣表面晶粒較大,晶界面比較廣泛,就會(huì)改變渦流場(chǎng)的強(qiáng)度及分布,使線(xiàn)圈阻抗發(fā)生變化。晶界的有無(wú)對(duì)電阻率的影響很大,電阻率上升,電導(dǎo)率下降。但是晶界的多少對(duì)電阻率的影響較小,電阻率下降,電導(dǎo)率上升。晶界對(duì)電阻率的影響主要在于晶界上大量存在的空位、錯(cuò)位及雜質(zhì)對(duì)電子散射的綜合效應(yīng)[14]。試驗(yàn)結(jié)果:1#~6#試樣的電導(dǎo)率分別為23.84、22.93、22.75、22.59、22.43和22.12 Ms/m。粗晶環(huán)單位面積越大,晶界越大,電阻率上升,電導(dǎo)率下降。粗晶環(huán)晶粒的數(shù)量越多,晶界越多,電阻率下降,電導(dǎo)率上升,但并不明顯。
圖3 電導(dǎo)率測(cè)試照片
我國(guó)在設(shè)計(jì)與制造飛機(jī)方面雖然取得了突破性的進(jìn)展,但在飛機(jī)材料生產(chǎn)方面仍存在很大差距[15]。試驗(yàn)采用880 T擠壓機(jī)生產(chǎn)7075鋁合金圓鑄錠擠壓棒材,經(jīng)檢驗(yàn)分析,得出以下結(jié)論:
1)通過(guò)宏觀組織檢驗(yàn),粗晶環(huán)沿制品邊緣,形成粗大再結(jié)晶晶粒區(qū)。粗晶環(huán)深度從尾端向頭端逐漸減小,以致完全消失。
2)用本工藝參數(shù)生產(chǎn)的無(wú)粗晶環(huán)制品的力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)均滿(mǎn)足客戶(hù)要求。有粗晶環(huán)試樣屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨著粗晶環(huán)的增大而減小,粗晶環(huán)在一定程度上降低了力學(xué)性能。
3)粗晶環(huán)單位面積越大,晶界越大,電阻率上升和電導(dǎo)率下降也越大。粗晶環(huán)晶粒的數(shù)量越多,晶界越多,電阻率下降和電導(dǎo)率上升有變化,但并不明顯。