喷射成形Al-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金热处理制度的实验研究

D0I:10.13374/i.issm1001053x.2003.05.039 第25卷第5期 北京科技大学学报 Vol.25 No.5 2003年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2003 喷射成形A-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金 热处理制度的实验研究 王洪斌陈美英刘慧敏黄进峰杨滨张济山 北京科技人学新金属材料国家重点实验室，北京100083 摘要研究了喷射成形A-Z-MgCu系超高强度铝合金的沉积态和挤压态的组织，对挤 压态合金进行了固溶处理和时效处理，得到了时效硬度曲线，并进行了力学性能测试.结果 显小：沉积态合金孔隙较多，挤压态合金内存在大量的颗粒，经能谱分析为富铜相：固溶温度 达到490℃时，晶界出现熔化现象.时效硬度曲线表明：采用120℃时效，在15-25h之间达到 硬度峰值：采用135℃时效，达到硬度蜂值的时间与合金的成分有关，随着Zn含量的增加，达 到硬度峰值的时间变短，而抗拉强度基本稳定在700MP阳左右. 关键词超高强度铝合金，固溶处理，时效处理 分类号TG146.2:TF124.391:TG156.9 采用传统铸造技术制得的超高强度铝合金， 设备上完成的，采用的雾化气体为氮气，雾化主 固溶度较低且强度不高.而喷射成形在铝合金 气路压力为0.50-0.65MPa,喷射沉积温度为 方面的成功应用，为铝合金的强度提高提供了一 780910℃.将得到的沉积态圆锭机加工后进行 条新的途径.喷射成形技术由于具有改善合金元 热挤压，挤压温度为420℃，挤压速度为0.06-0.27 素的固溶度，减少偏析，细化晶粒，改善第二相的 m/min,挤压比为24：l. 尺寸、形状及分布等优点，而受到了广泛的重视. 喷射成形沉积态及挤压态组织分析采用光 特别是采用喷射成形技术能显著提高超高强度 学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪.硬度 铝合金的固溶度，也就保证了超高强度铝合金强 测试采用Leica显微维氏硬度测量仪及小负荷维 度进一步提高的可能性，人们对超高强度铝合金 氏硬度测量仪，所用载荷分别为0.49N和49N, 固溶处理制度进行了大量的摸索，找到了-些规 加载时间分别为10s和30s.拉伸试验在MTS810 律，但对喷射成形超高强度铝合金5固溶处理制 力学性能试验机上进行. 度的研究却较少，特别是Z含量在9%（质量分 表1实验用合金的化学成分（质量分数） 数)以上的铝合金，其固溶处理制度更加复杂，更 Table 1 Chemical composition of the alloys % 需进-~步探索.本实验主要针对Z含量在9%以 样品Zn Mg Cu Zr Ni Al 上的喷射成形A-Zn-MgCu系超高强度铝合金 1 9.102.932.580.12 bal 的热处理制度进行了初步的实验研究， 2 10.01 2.86 1.70 0.13 0.15 bal 3 10.56 3.19 1.820.097 bal 1实验方法 4° 12.10 2.78 2.410.12 bal 5 15.173.11 2.510.097 bal 实验对不同合金成分的沉积态、挤压态组织 进行了观察，并对挤压态合金进行固溶时效处 2 实验结果及讨论 理，时效处理后的合金进行维氏硬度测量及性能 测试.实验所用的合金成分如表1，喷射成形实验 2.1沉积态组织 是在北京有色金属研究总院的SF-200喷射成形 由于15*合金的沉积态组织形貌基本一致， 收稿目期2002-12-05王宏斌男，32岁，博士 XRD分析结果一样，仅以1“合金为例说明.图1 *国家“863"新材料领域重点项目(No.2001AA332030) 为沉积态合金(1)的典型组织形貌，其晶粒尺寸

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 喷射成形 卜 一 系超高强度铝合金 热处理制度的实验研究 王 洪 斌 陈 美英 刘 慧敏 黄 进峰 杨 滨 张 济 山 北 京科技人学 新 金 属材 料 国家 重 点 实验 室 ， 北京 摘 要 研 究 了喷 射成 形 一 系超高 强 度铝 合 金 的沉 积 态 和 挤压 态 的组 织 ， 对 挤 压 态 合 金 进 行 了 固溶 处 理 和 时效 处 理 ， 得 到 了 时 效硬 度 曲线 ， 并进 行 了力 学 性 能测 试 结 果 显 示 沉 积 态合 金 孔 隙较 多 挤压 态 合 金 内存 在 大 量 的颗 粒 ， 经 能谱 分 析 为 富铜 相 固溶温度 达 到 ℃ 时 ， 晶 界 出现 熔 化现 象 时效硬度 曲线表 明 采用 ℃ 时效 ， 在 巧一 之 间达 到 硬 度 峰值 采 用 ℃ 时效 ， 达 到硬 度 峰值 的 时 间 与 合 金 的成 分 有 关 ， 随着 含 量 的增 加 ， 达 到 硬 度 峰值 的 时 间变短 ， 而 抗 拉 强 度 基 本稳 定在 左 右 关键 词 超 高强 度铝 合 金 ， 固溶处 理 ， 时 效 处 理 分 类号 采 用 传 统铸 造 技 术 制 得 的超 高强度 铝合 金 ， 固溶度 较低 且强度 不 高 而 喷射 成 形‘，川 在铝 合 金 方面 的成 功应 用 ， 为铝 合 金 的强度提 高提 供 了一 条新 的途 径 喷射 成 形 技 术 由于 具有改善 合 金 元 素 的 固溶度 ， 减 少偏 析 ， 细化 晶粒 ， 改善第 二 相 的 尺 寸 、 形状 及 分布 等优 点 ， 而 受 到 了广 泛 的重视 特 别 是 采 用 喷 射 成 形 技 术 能显 著 提 高超 高 强 度 铝 合 金 的 固溶度 ， 也 就 保 证 了超 高强度 铝 合 金 强 度进 一 步提 高 的可 能性 人 们 对超 高强度铝 合 金 固溶 处 理 制度 进 行 了大 量 的摸 索 ， 找到 了一 些 规 律 ， 但 对 喷射 成 形超 高 强度铝 合 金‘ 一 固溶 处 理制 度 的研 究 却 较 少 ， 特 别 是 含 量 在 质 量 分 数 以上 的铝 合 金 ， 其 固溶 处 理制 度 更 加 复 杂 ， 更 需进 一 步 探 索 ， 本 实验 主 要 针 对 含 量 在 以 上 的喷射 成 形 忆介 系超 高 强 度 铝 合 金 的热 处 理 制 度进 行 了初 步 的实验 研 究 设 备 上 完 成 的 ， 采 用 的雾化 气 体 为氮 气 ， 雾 化 主 气 路 压 力 为 一 ， 喷 射 沉 积 温 度 为 一 ℃ 将得 到 的沉 积 态 圆锭 机 加 工 后 进 行 热 挤 压 ， 挤 压温度 为 ℃ ， 挤 压速 度 为 一 订 ， 挤 压 比 为 喷 射 成 形 沉 积 态 及 挤 压 态 组 织 分 析 采 用 光 学 显 微 镜 、 扫 描 电子 显 微 镜 、 射 线 衍 射 仪 硬 度 测 试 采用 显 微 维 氏硬 度 测 量 仪 及 小 负荷 维 氏硬 度 测 量 仪 ， 所用 载荷 分 别 为 和 ， 加 载 时 间分 别 为 和 拉伸 试 验 在 力 学 性 能试 验 机 上 进 行 表 实验 用合 金 的 化 学成分 质 量 分 数 样 品 一 尹甲犷夕丫 实验 方 法 实验 对 不 同合 金 成 分 的沉 积 态 、 挤 压 态 组 织 进 行 了观 察 ， 并 对 挤 压 态 合 金 进 行 固溶 时 效 处 理 ， 时效 处 理 后 的合金 进 行 维 氏硬 度测 量 及 性 能 测试 实验 所 用 的合 金成 分如 表 喷射成 形 实验 是 在 北 京有 色 金 属 研 究 总 院 的 一 喷 射 成 形 收稿 期 一 一 王 宏 斌 男 ， 岁 ， 博士 国家 “ ” 新 材 料 领域 重 点 项 目 实验 结果 及 讨 论 沉 积 态组 织 由于 气 “ 合 金 的沉 积 态 组 织 形 貌基 本一 致 ， 分 析 结 果 一样 ， 仅 以 合 金 为例 说 明 图 为沉 积 态 合 金 “ 的典 型 组 织 形 貌 ， 其 晶粒 尺 寸 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2003．05．039

VoL.25 No.5 王宏斌等：喷射成形A-Z-MgCu系超高强度铝合金热处理制度的实验研究 ·437 一般为30~70m.在各晶粒间有孔隙的存在，孔 述的沉积态合金金相组织有所不同，本实验合金 隙大小和晶粒大小与喷射沉积时的雾化压力、沉 的颗粒晶界比较明显.通过XRD分析（图2）可知 积速率及沉积距离等因素有关，这与文献[⑦]所讲 沉积态组织由a(AI),CuA山及Mg☑n组成 A1(11I) A1(200) A1(220)A1(113 。MgZn, 赵 oCuAl 50m 20 40 60 80 28/) 图1沉积态合金(1)的典型金相组织 图2沉积态合金(1)的X射线衍射谱 Fig.1 Microstructure of the as-deposited alloy(1') Fig.2 X-ray spectrum of the as-deposited alloy(1') 2.2挤压态组织 明.从图3(a(e)中看到的均匀小黑点与从图3(0 实验选用的挤压温度为420℃.因为在沉积 中看到的白点为同一种颗粒，通过能谱分析（表 态的组织里有许多孔洞，采用420℃挤压是为了 2)知此颗粒为富铜颗粒.而图3(b),(c)和（©）中的大 更好地使孔洞焊合，保证组织致密，可显著提高 块黑点通过能谱分析（表3）为富铁相，这属于合 性能.实验所得沉积坯料挤压后的组织形貌如图金的杂质相，对性能是不利的，它的存在与原始 3所示，各图之间形貌略有差异，这与合金成分、合金熔炼等因素有关.从图3()的金相照片可以 挤压工艺参数等因素有关.各种合金的SEM组织 看到，合金内颗粒大小一致，组织均匀，基本看不 基本一致（图3（⑤），故仅以1'挤压态合金为例说 到杂质相，这种显微组织较为理想 c 50 um 50m 50 um e 50 um 50m 图3挤压态合金的金相组织及SEM照片.(a)1合金，b)2合金，(c3合金，(d)4合金，©)5合金，（国1'合金的SEM照片 Fig.3 Microstructures and SEM of the extruded alloys 2.3固溶温度的确定 480,490和500℃，保温1h.由于1°，2,3合金固溶 固溶处理的目的主要是通过升高温度提高 结果相似，4与5合金的固溶处理结果基本相同， 合金的过饱和度，为实现合金的析出强化做好准所以仅以1“合金和4合金为例来说明，同时各合 备.但升高温度同时要考虑低熔点共晶组织的熔 金450,460℃的固溶处理结果与470℃固溶处理 化及晶粒的长大，本实验对合金的固溶处理制度 结果相差不大，这里不加以论述.1“合金470,480 进行了摸索，合金的固溶温度选为450,460,470， 和490℃的固溶处理结果如图4所示

一 王 宏 斌 等 喷射 成 形 一 系超 高 强度 铝 合金 热 处 理 制 度 的实验研 究 一 一 般 为 一 在 各 晶粒 间有 孔 隙 的存 在 ， 孔 隙大 小和 晶粒 大 小 与 喷射 沉 积 时 的雾化 压 力 、 沉 积 速 率 及 沉 积 距 离等 因素 有 关 这 与 文 献 汇 所 讲 述 的沉 积 态 合 金 金 相 组 织 有 所 不 同 ， 本 实验 合 金 的颗 粒 晶界 比较 明显 通 过 分 析 图 可 知 沉 积 态 组 织 由 ， 及 珑 组 成 侧 燃 珑 ， 舫」飞 图 沉 积 态合金 的典型 金 相 组织 一 一 图 沉 积 态 合金 与的 射 线 衍射 谱 一 一 ， 挤 压 态组织 实 验 选 用 的挤 压 温 度 为 ℃ 因 为在 沉 积 态 的组 织 里 有 许 多孔 洞 ， 采 用 ℃ 挤 压 是 为 了 更 好 地 使 孔 洞 焊 合 ， 保 证 组 织 致 密 ， 可 显 著提 高 性 能 实验 所 得 沉 积 坯 料 挤 压 后 的组 织 形 貌如 图 所 示 ， 各 图之 间形 貌 略 有 差 异 ， 这 与 合 金 成 分 、 挤 压 工 艺 参 数 等 因 素 有 关 各种 合 金 的 组 织 基 本 一 致 图 助 ， 故 仅 以 挤 压 态 合 金 为 例 说 明 从 图 卜 中看 到 的均 匀 小 黑 点 与 从 图 中看 到 的 白点 为 同一 种 颗 粒 ， 通 过 能谱 分 析 表 知 此 颗 粒 为 富铜 颗 粒 ， 而 图 ， 和 中 的大 块 黑 点通 过 能谱 分析 表 为 富铁 相 ， 这 属 于 合 金 的杂质 相 ， 对 性 能 是 不 利 的 ， 它 的存 在 与 原 始 合 金 熔 炼 等 因素 有 关 从 图 的金 相 照 片 可 以 看 到 ， 合 金 内颗 粒 大 小 一 致 ， 组 织 均 匀 ， 基 本 看 不 到 杂 质 相 ， 这 种 显 微 组 织 较 为理 想 嵘撰叮 一乒 一 … ‘岌爵 ︸ 像 琳俄 犷人鱿 瓢气 、 人 洋 ‘ 趁 一 比 拐 嘿 淡 今粼 参获 一 奎夸 斗川熟 、 ﹁ 龚竺 丫日傲分卜 式孤袱牛一 兹封沙 · 赘户 公 井 扮 淤 冬 一 韶 货黔 卜 井 一 。 命 卜 邻淤鸳瓢咆 笋 浮 轰鬃 · 狱明半 一 妙荔 林 舞袋蒸 珊 蒸熊麟瓣熬辨麟攀 翼撇翼黝瓤耀黔撇撇蘸蒸撇爵夔 彝巍巍翼蘸撇鑫夔

·438 北京科技大学学报 2003年第5期 表21"合金颗粒能谱数据 比较困难，故选取了470℃延长时间的方法.图4 Table 2 EDX data of particles(1) (d)为固溶温度470℃保温1.5h的金相组织，从中 元素原子数分数%质量分数% 误差% 可看出颗粒的数量介于470℃和480℃之间.2”合 Al 61.50 40.25 0.15 金和3合金的固溶结果与1“合金的固溶结果基 Cu 29.07 44.80 0.93 本一致，这里就不再累赘，4合金的固溶处理结 Zn 9.43 14.95 0.73 果（如图5(a(d))与1*合金的结果明显不同，仅以 表32”合金颗粒能谱数据 固溶温度470,480,490和500℃来说明.从图5中 Table 3 EDX data of particles(2) 可以看出，与挤压态合金的金相照片相比，在470 元素原子数分数%质量分数/%误差% 和480℃固溶时，第二相颗粒大量减少，但与1'合 Mg 5.48 3.96 0.12 金固溶态相比，4合金内仍然存在大量的第二相 Al 73.2 58.70 0.35 颗粒，而且到490℃时合金出现了明显的再结晶. 吧 13.89 24.28 0.77 通过低倍组织观察，发现晶界处有明显的熔化现 Ni 3.36 5.13 0.64 Cu 2.92 5.53 0.66 象，同时此合金也出现了颗粒球化现象.在高于 Zn 1.23 2.39 0.60 490℃时，随着温度的升高，晶界熔化和颗粒球化 现象更加显著，对上述现象进行了分析，认为出 从图4(a)(c)可以看出，470℃时仍残留大量 现晶界熔化的原因是由于合金内部晶界处有偏 的第二相颗粒，480℃时颗粒已明显减少，490℃ 析相，且偏析相的熔点很低，在490℃时晶界偏析 时颗粒虽然减少了一些，但颗粒已出现初熔或过 相开始熔化：而出现颗粒球化的原因认为是颗粒 烧，所以固溶温度应控制在490℃以下.此外， 边界出现熔化，根据最小界面能原理，球形表面 480℃与490℃仅10℃之差，在工业生产中控制也 能量最低，球形颗粒越稳定， (b) (d) 20 um *20μm, 20Hm, ·20m 图41'合金不同温度固溶处理结果.(a470℃1h,(b)480℃1b,(c)490℃1h,(d)470℃1.5h Fig.4 Solid-solution treatment of 1'alloy (b) (c) 20m 20μm 20m 20 um 图54合金不同温度固溶处理结果.(a)470℃1h,(b)480℃1h,(c)490℃1h,(d)500℃1h Fig.5 Solid-solution treatment of 4'alloy 图6可以明显看出再结晶、颗粒熔化及球化 由于吸收了能量开始发生相变，而且相变速度较 现象.5合金高于490℃时，其金相照片与4合金 慢：随着温度的升高，相变速度加快，颗粒回溶的 的金相照片基本一样.由于Zn含量较高，它们的 数量也在增加.由于同一温度下，延长固溶时间， 固溶情况也基本一致.通过以上分析认为固溶温 颗粒发生相变回溶的数量变化不大，所以提高温 度不能选得过高，本合金选取的固溶温度为 度是减少第二相颗粒的决定性因素.但温度过 470℃. 高，易发生颗粒熔化现象，因此选择合适的固溶 对上述固溶处理时第二相颗粒减少的原因 温度是重要的， 进行了分析，认为第二相颗粒减少与合金颗粒相 2.4时效处理及时效曲线 发生相变有关.固溶温度较低时，仅一些小颗粒 时效的实质是过饱和固溶体的脱溶沉淀，即

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 表 即合 金 颗粒 能 谱数据 即 元 素 原子 数分 数 质 量 分 数 误 差 ， 表 禅合 金颗粒 能谱数据 ， 元素 原 子 数 分 数 质 量 分 数 误 差 从 图 一 可 以看 出 ， ℃ 时仍 残 留大量 的第 二 相 颗 粒 ， ℃ 时颗 粒 已 明显 减 少 ， ℃ 时颗 检虽 然 减 少 了一 些 ， 但 颗 粒 己 出现 初 熔 或 过 烧 ， 所 以 固溶 温 度 应 控 制 在 ℃ 以下 此 外 ， ℃ 与 ℃ 仅 ℃ 之差 ， 在 工 业 生 产 中控 制 也 比较 困难 ， 故 选 取 了 ℃ 延 长 时 间 的方 法 图 为 固溶 温 度 ℃ 保 温 的金 相 组 织 ， 从 中 可 看 出颗 粒 的数 量 介 于 ℃ 和 ℃ 之 间 弃合 金 和 合 金 的 固溶 结 果 与 “ 合 金 的 固溶 结 果 基 本 一 致 ， 这 里 就 不 再 累 赘 “ 合 金 的 固溶 处 理 结 果 如 图 一 与 合 金 的结果 明显 不 同 ， 仅 以 固溶 温 度 ， ， 和 来 说 明 从 图 中 可 以看 出 ， 与 挤 压 态 合 金 的金 相 照 片 相 比 ， 在 和 ℃ 固溶 时 ， 第 二 相 颗 粒 大量 减 少 ， 但 与 “ 合 金 固溶 态 相 比 ， 合 金 内仍 然 存 在 大 量 的第 二 相 颗 粒 ， 而 且 到 ℃ 时合 金 出现 了 明显 的再 结 晶 通 过 低 倍 组 织 观 察 ， 发现 晶界 处 有 明显 的熔化 现 象 ， 同 时此 合 金 也 出现 了颗 粒 球 化 现 象 在 高 于 ℃ 时 ， 随着 温 度 的升 高 ， 晶界 熔 化 和 颗 粒 球 化 现 象 更加 显 著 对 上 述 现 象 进 行 了分 析 ， 认 为 出 现 晶界 熔 化 的 原 因 是 由于 合 金 内部 晶 界 处 有 偏 析 相 ， 且偏 析 相 的熔 点很 低 ， 在 ℃ 时 晶界 偏 析 相 开 始熔化 而 出现 颗 粒球 化 的原 因认 为 是颗 粒 边 界 出现 熔 化 ， 根 据 最 小 界 面 能原 理 ， 球 形 表 面 能 量 最 低 ， 球 形 颗 粒越 稳 定 、 谧 些旅斗瑙 ‘才气 钾 一万 一 分 嵘郧 靡榔麟卿 一 止 黔 识戴聋 枷 尹 咚 饭 姿 一 公 畔蜘 彩余 飞巍墓 补拐 一 器琳邵款 卜 口 盆 汉卜尸卜 伽筋﹃ 解 琳筋熟琳史 扮 跨 飞卖 戴 堵 。 犷沙 扩溉 下 林 、 二 一 扭 林 蕊 寺务 篡薰夔 冬藻寒鑫 《 轰 一 幸 卜 释价易留 ， 图 招合 金 不 同 温 度 固溶 处 理 结 果 ℃ ， ℃ ， ℃ ， 一 臼 欲 先 肆 十礴 翩 一 卜 时卜 犷 戳黔 丧 落 习劣 撇 疮 琴 介 ， 渗汀 节 公 扮 那 公 班， 绮 忘 扮 彝旗 翼 咐 翼 一 协 公 娜 翼 一 舜该 价淤、噪 豺 李 恻 淤 。件卿 脚一 一 变梦 一轰夔 彭 矍 一 粼 蓦 潺 禅合金 不 同 温 度 固 溶处理 结 果 ℃ 气 ， 孽厂℃ ， ， ， 一 禅 图 可 以 明显 看 出再 结 晶 、 颗 粒 熔 化 及 球 化 现 象 “ 合 金 高 于 ℃ 时 ， 其 金 相 照 片 与 ” 合 金 的金 相 照 片 基 本 一 样 由于 含 量 较 高 ， 它 们 的 固溶情 况 也 基 本 一 致 通 过 以上 分 析 认 为 固溶温 度 不 能 选 得 过 高 ， 本 合 金 选 取 的 固 溶 温 度 为 ℃ 对 上 述 固 溶 处 理 时 第 二 相 颗 粒 减 少 的 原 因 进 行 了分 析 ， 认 为 第 二 相 颗 粒 减 少 与 合 金 颗 粒 相 发 生 相 变 有 关 固溶 温 度 较低 时 ， 仅 一 些 小颗 粒 由于 吸 收 了能 量 开始 发 生 相 变 ， 而 且 相变 速 度较 慢 随着温 度 的升 高 ， 相 变速 度 加 快 ， 颗 粒 回溶 的 数量 也 在 增加 由于 同一 温 度 下 ， 延 长 固溶 时 间 ， 颗 粒 发 生相 变 回溶 的数 量 变 化 不 大 ， 所 以提 高温 度 是 减 少 第 二 相 颗 粒 的 决 定 性 因 素 但 温 度 过 高 ， 易 发 生 颗 粒 熔 化 现 象 ， 因 此 选 择 合 适 的 固溶 温 度 是 重 要 的 时效 处 理 及 时效 曲线 时 效 的实质 是 过 饱 和 固溶 体 的脱 溶沉 淀 ， 即

VoL.25 No.5 王宏斌等：喷射成形A-Zn-MgCu系超高强度铝合金热处理制度的实验研究 439· 100 20KU 23 032 T 002 图64合金500℃固溶的SEM照片.(a)低倍组织，(b)高倍组织 Fig.6 SEM micrographs of 4'alloy after solid-solution treatment at 500C 由于新相的弥散析出，使合金的硬度升高.为了 49N,加载时间30s. 探索合理的时效温度及时效时间，本次实验选取 由各硬度曲线图可以看出，合金在120℃时 的时效温度分别为120和135℃，时效时间为0-33 效的时候，基本上在15~25h之间达到最大硬度 h.因为合金的硬度与强度之间存在一定的关 值：而合金在135℃时效的时候，达到最大硬度值 系，可以通过测量合金硬度来找出合理的时效时 的时间与合金的成分有关系，从图7()()看出， 间，本次实验硬度测量采用维氏硬度测量，找出 随着Z含量的增加，达到硬度峰值的时间缩短， 时效峰值时间.在最佳时效峰值时间的情况下 总的来说，无论120℃时效还是135℃时效都与合 (T6),测量屈服强度及拉伸强度， 金沉淀强化规律一致，即时效初期，过饱和固溶 图7(a(e)分别为5种合金120℃时效后的硬 体开始出现GP区，随着时效时间的延长，GP区 度曲线图，采用Leica显微维氏硬度测量仪测量， 向η'相转变，达到硬度的最高值一时效峰，出 所用载荷为0.49N,加载时间为10s.图7（①(h)为 现时效峰之后，n'相开始向η相转变，硬度值开始 1“合金、3"合金和5"合金135℃时效后的硬度曲线 减少，时效过程概括起来就是过饱和固溶体· 图，采用小负荷维氏硬度仪测量，所用的载荷为 GP区→n'相→n相o. 200a 205 200 " (b) (c) 190 200 195 195 ◆ 170 190 ◆ 190 160 185 185 150 18 0 5101520253035 051015202530 35 05101520253035 t/h t/h t/h 195(d 210 (e) 210(0 205 190 200 200 185 3195 190 190 180 185 180L 05101520253035 05101520253035 05101520253035 t/h t/h t/h 208 (g) 228 图7合金在120和135℃时效的硬度 曲线.(a)1,120℃；(b)2,120℃： 224 204 (c3,120℃：(d)4,120℃：(e)5,120℃： 宝 01',135℃：(g)3,135℃：(h)5,135℃ 00 220 Fig.7 Hardening curves of the alloys 196 216 after aging at 120,135C respectively 05101520253035 05101520253035 t/h t/h

王 宏 斌 等 喷 射 成 形 一 一 一 系超 高 强 度 铝 合 金 热 处 理 制 度 的 实 验 研 究 …瓢蘸薰鬃纂蘸黝纂 蘸黝蘸蘸馨暴黔夔翼 蘸黝 图 即合金 ℃ 固 溶 的 照 片 低倍组织 ， 高倍组织 即 一 ℃ 由于 新相 的弥 散 析 出 ， 使 合 金 的硬 度 升 高 为 了 ， 加 载 时 间 探 索 合 理 的 时效温 度 及 时效 时 间 ， 本 次 实验 选 取 由各 硬 度 曲线 图可 以看 出 ， 合 金 在 ℃ 时 的 时效温度 分 别 为 和 ℃ ， 时效 时 间 为 一 效 的 时候 ， 基 本 上 在 一 之 间达 到 最 大 硬度 因 为合 金 的硬 度 与 强 度 之 间 存 在 一 定 的 关 值 而 合 金 在 ℃ 时效 的时候 ， 达 到 最 大硬 度值 系 ， 可 以通过 测量 合 金 硬 度 来 找 出合 理 的时效 时 的 时 间与 合 金 的成 分 有 关 系 从 图 一 看 出 ， 间 本 次 实验 硬 度 测 量 采 用 维 氏硬 度 测 量 ， 找 出 随着 含 量 的增 加 ， 达 到 硬 度 峰值 的 时 间缩 短 时 效 峰 值 时 间 在 最 佳 时 效 峰值 时 间 的情 况 下 总 的来 说 ， 无 论 ℃ 时效 还 是 ℃ 时效 都 与合 ， 测 量 屈 服 强度 及 拉 伸 强度 金 沉 淀 强 化 规 律 一 致 ， 即 时效初 期 ， 过 饱 和 固溶 图 一 分 别 为 种 合 金 ℃ 时效后 的硬 体 开 始 出现 区 ， 随着 时效 时 间 的延 长 ， 区 度 曲线 图 ， 采 用 显 微 维 氏硬 度测 量 仪 测 量 ， 向 ’ 相 转 变 ， 达 到 硬 度 的最 高值－ 时效 峰 ， 出 所 用 载 荷 为 ， 加 载 时 间 为 图 一 为 现 时效 峰之 后 ， ” ‘ 相 开始 向月相 转 变 ， 硬 度值 开始 合 金 、 合 金 和 合 金 ℃ 时效 后 的硬 度 曲线 减 少 时 效 过 程 概 括 起 来 就 是 过 饱 和 固溶 体 图 ， 采 用 小 负荷 维 氏硬 度 仪 测 量 ， 所 用 的载 荷 为 区 ‘ 相 ” 相 ’ ， ，乙 八入，︸子 目、︼︺‘︸ 李国 口 ，山勺‘，二，孟 八，︶ 八︸‘哎︸ 沂国 ‘，，二且 八石，︸亡、了八︵︸︸ 巧 八”八曰 淤国 ’ “ 丽 ，‘ ‘︸ 日 矛︸ ︶︸︸ 奋工 图 合 金 在 。 和 ℃ 时效 的硬 度 曲线 气 ℃ 即， ℃ 即， ℃ 一， ℃ 口， 口， 气 ℃ 口， · ， ℃ ，乙，乙 八，曰︸ 石八

·440 北京科技大学学报 2003年第5期 2.5力学性能实验 2 Castillo L Del,Lavernia E J.Microstructure and mechan- 根据合金硬度测试结果，对1合金、3'合金和 ical behavior of spray-deposited Al-Cu-Mg(-Ag-Mn)All- 5°合金的样品进行了拉伸试验.选取的时效温度 oy [J].Metall Mater Trans A,2000,31A(9):2287 为135℃，时效时间选在硬度曲线峰附近.表4给 3 Eschbach L,Uggowitzer P J,Speidel MO.Effect of re- 出了3种合金的最大抗拉强度、屈服强度、延伸 crystallisation and grain size on the mechanical properties of spray formed AlCuMgAg-alloys [J].Mater Sci Eng, 率及所用时效时间. 1998,A248:1 表4固溶时效后合金的室温拉伸性能 4 Beffort O,Solenthaler C,Speidel MO.Improvement of Table 4 Tensile properties of the alloys after solid-solution strength and fracture toughness of a spray-deposited Al- and aging Cu-Mg-Ag-Mn-Ti-Zr alloy by optimized heat treatments 样品 t/h /MPa d./MPa 6% and thermomechanical treatments [J].Mater Sci Eng, 1 20 650 660 8.0 1995,A191:113 2 19 710 710 6.5 5 Lengsfeld P,Juarez-Islas J A,Cassada WA,et al.Micro- 3 9 720 720 6.0 structure and mechanical behavior of spray deposited Zn 达到最大抗拉强度的时间与维氏硬度曲线 modified 7XXX series Al alloys []Int JRapid Solidific- 的最大值的时间基本一致，说明用维氏硬度的方 ation,1995,8:237 法摸索强度具有一定的可行性. 6 Wei Q,Xiong B Q,Zhang Y A,et al.Production of high strength Al-Zn-Mg-Cu alloys by spray forming process 3结论 [J].Trans Nonferrous Met Soc China,2001,11(2):258 7韦强，熊柏青，张永安，等.喷射成形A-Zn-MgCu (I)随着Zn含量的增加，合金固溶温度高于 系高强度铝合金的组织与性能).中国有色金属学 490℃时，易出现晶界熔化，增高温度，晶界熔化 报，2001.11(2)：279 越明显. 8 de Sanctis M.Structure and properties of rapidly solidified (2)随温度的升高，颗粒相逐渐减少，但升高 ultrahigh strength Al-Zn-Mg-Cu alloys produced by spray 温度易使颗粒相长大，甚至出现熔化球化现象. deposition [J].Mater Sci Eng,1991,A141(1):103 9 Juarez-Islas J A,Perez R.Microstructural and mechanical (③)不同合金存在不同的时效峰时间，这与 evaluations of spray-deposited 7XXX Al-alloys after con- Zn含量、时效温度等因素有关. ventional consolidation [J].Mater Sci Eng,1994,A179/ 参考文献 A180:614 10 Wagner John A,Shenoy RN.The effect of copper,chro- I Xiong B Q.Present situation and development of spray mium,and zirconium on the microstructure and mechan- forming technology [J].Chin J Rare Mater,1999,11(6): ical properties of Al-Zn-Mg-Cu alloys [J].Metall Trans 427 A,1991,22A:2809 Experimental Investigation on Heat Treatment of Spray-Forming Ultrahigh Strength Al-Zn-Mg-Cu Alloys WANG Hongbin,CHEN Meiying,LIU Huimin,HUANG Jinfeng,YANG Bin,ZHANG Jishan State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The microstructures of as-deposited and extruded ultrahigh strength aluminum alloys by spray-for- ming were investigated.The aging-curves and tensile properties were tested after solid-solution treatment and aging treatment.The result shows that in as-deposited alloys,many porosities are obvious.In extruded alloys,however, there are large amount of Cu-rich particles.The solid-solution treatment temperature should not be higher than 490C because much of grain-boundaries melt in this temperature.At 120C,the time to obtain hardness peaks ran- ges from 15 to 25 h.At 135C,the relationship is obvious between the time and the composition of the alloys:The more Zn contented,the less the time;the tensile strength of the alloys keeps on about 700 MPa. KEY WORDS ultrahigh strength aluminum alloy:solid-solution treatment:aging treatment

一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 力学性 能 实验 根据 合 金硬 度 测试 结果 ， 对 合 金 、 合 金 和 禅合 金 的样 品进 行 了拉 伸试 验 选 取 的时 效温 度 为 ℃ ， 时 效 时 间选 在 硬度 曲线 峰附近 表 给 出 了 种 合 金 的最 大抗 拉 强度 、 屈 服 强度 、 延 伸 率及 所 用 时 效 时 间 表 固 溶 时 效后 合金 的室 温 拉伸 性 能 · 样 品 “ 氏 爪 氏 八 咨 脚 达 到 最 大 抗 拉 强 度 的 时 间 与 维 氏硬 度 曲线 的最 大值 的时 间基 本 一 致 ， 说 明用 维 氏硬 度 的方 法 摸 索 强 度 具有 一 定 的可 行 性 结论 随 着 含 量 的增加 ， 合 金 固溶温度 高 于 ℃ 时 ， 易 出现 晶 界熔化 ， 增 高温 度 ， 晶 界熔 化 越 明显 随温 度 的升 高 ， 颗 粒 相 逐渐 减 少 ， 但 升 高 温 度 易使 颗 粒 相 长 大 ， 甚 至 出现 熔 化 球 化 现 象 不 同合 金 存 在 不 同 的 时效峰 时 间 ， 这 与 含 量 、 时效 温 度 等 因 素 有 关 参 考 文 献 ， ， ， 如 一 一 一 一 一 ， ， ， ， 一 ， ， ， ， 一 一 一 一 一 一 ， ， ， 矛 ， ， 【 ， ， 七 ， ， ， 一 一 一 「 ， ， 韦 强 ， 熊 柏青 ， 张永安 ， 等 喷射成 形 一 系 高强度 铝 合 金 的组 织 与性 能 中国有 色金 属学 报 ， ， 叩 一 一 一 ， ， 一 ， 一 一 · ， ， 扛 ， ， ， 加 加 一 一 一 ， ， 一 一 一 一 洲刀 儿 ， 忍 瓜份 ， ， 万乙义刀 乓 ， ’ ， 乙从峨刃 ， 粥 七 ， ， 一 们。 一 一 一 翔 一 ， ， ， 一 七 一 ℃ 一 ， ℃ ， ， 一 以