時效時間對7B04 鍛件性能的影響

文／梁艷·陜西宏遠航空鍛造有限責任公司

7B04 鋁合金的熱處理制度是固溶+時效，根據性能的需求可分為一次時效和二次時效。在溫度一定的情況下，時效時間對鍛件的性能影響很大。為了摸索7B04 熱處理時效時間對鍛件性能的影響，更好的控制現場產品質量，規(guī)范熱處理制度，本文通過對比試驗，獲得了一種較為合理的二次時效制度，為生產出合格的產品提供了理論指導。

7B04 鋁合金是在7A04 鋁合金的基礎上經過改進制成的一種高純高強鋁合金，屬Al-Zn-Mg-Cu 系，由于其具有密度小、強度高、加工性能好等特點，被廣泛應用于各種飛機機身、蒙皮、機翼梁、大梁以及飛機和火箭中的高強度零件的制造，成為航空航天領域重要的材料。研究表明，該系鋁合金的強化主要來自固溶強化、時效強化和細晶強化。

7B04 鋁合金熱處理制度是固溶+時效，為了避免強度損失，固溶后應在2h 內進行人工時效。為了縮短時效時間、消除室溫停留的危害，通常采用雙級人工時效。雙級時效工藝的第一級時效相當于成核階段，主要強化發(fā)生在這一階段；第二級時效為穩(wěn)定化階段，目的是在強度稍有下降的情況下，通過改變析出相的大小、形態(tài)和分布，從而改善材料的抗應力腐蝕性能。根據零件在飛機上的實際承力情況，該材料的熱處理可分為T6、T73 和T74 狀態(tài)。

我公司為某廠提供的兩爐共6 批T73 狀態(tài)的7B04 鍛件在復驗時發(fā)現部分鍛件強度高于標準的上限，經復查我廠的生產鍛造記錄，雖然鍛件出廠檢驗結果是合格的，但每批的二次時效時間各不相同，而且進行過補充時效。因為對于此類鍛件，我廠通常采用比較保守的方式，熱處理時二次時效采用標準規(guī)定的最短時間，若時效后強度高于上限，則通過增加補充時效的方式來降低強度，因此導致了每次熱處理制度的差異，從而導致性能數據的不穩(wěn)定。

近期我公司給某廠提供的7B04 鍛件在處理時也發(fā)現類似問題，此批鍛件是鍛態(tài)交付，我廠只處理供方的理化料。由于該鍛件比較厚，淬透難，實際生產中將理化料切成85mm 厚的方塊進行熱處理，熱處理制度是468℃×90min 水冷，115℃×8h 空冷和175℃×8h。理化結果顯示高向室溫抗拉強度高于標準上限，后來進行一次補充時效，制度是175℃×5h，結果顯示補充時效后與時效前數據相差30 ～40MPa，強度略高于標準下限，若再延長一小時甚至半小時，強度就會不合格?？梢娫摬牧蠈r效時間的敏感性很強，嚴格控制二次時效的時間對鍛件性能的影響至關重要。

研制過程

為了摸索7B04 熱處理時效時間對鍛件性能的影響，本文采用工藝試驗的方法對其進行研究。

試驗用原材料為問題鍛件的兩爐原材料，爐號分別為C1、D1。原材料復驗項目：高低倍、室溫拉伸、超聲波探傷、化學成分等。廠家質保書提供的數據與我廠復驗的結果均滿足標準11-CL-031B 的要求。

試驗用鍛件在小鍛3t 設備上，采用自由鍛方式將分別取自 C1、D1 爐的φ180mm×150mm 棒材鍛成尺寸為320mm×140mm×85mm( 其中，尺寸320mm 為流線方向)的方塊。之后，將2 個鍛件分別均分成三段長約為100mm 的試料，進行熱處理試驗，即熱處理用試驗件共6 件，尺寸均為100mm×140mm×85mm。

熱處理試驗過程中，熱處理制度均為T73 制度，具體熱處理方案如表1 所示。

表1 熱處理制度

試驗結果與分析

鍛件理化測試按要求進行，各試驗件理化項目包括：電導率，室溫拉伸縱、橫、高向各2 根，高倍1 個，低倍1 個，斷口1 個。

室溫力學性能

由圖1 ～3 可看出性能數據總體趨勢是隨著二次時效時間的增加，抗拉強度和屈服強度逐漸降低，延伸率逐漸增加。在強度方面，方案1 性能結果最好，但和方案2 的結果相差并不大；方案2 和方案3 的強度相差20 ～30MPa 左右。在延伸率方面，方案3 性能結果最好，方案2 次之，但與方案3 相差也不大，方案1 性能最低。

二次時效時，合金內部形成較穩(wěn)定的過渡相η'相，隨著時效時間的延長，晶內η'相粗化，晶界η'相穩(wěn)定并長大，因此經過雙級時效處理后，合金的強度會有所下降，而且下降幅度逐漸變大。同時，由于這些合金晶界上分布著的斷續(xù)的粗大沉淀相，減小了應力腐蝕和剝落腐蝕敏感性，從而提高了延伸率。

電導率

電導率性能數據對比如圖4 所示，由圖中可看出隨著二次時效時間的延長，電導率逐漸增加，方案2與方案3 的增加幅度明顯小于方案1 與方案2 的增加幅度。這是因為隨著時間的延長，加速了時效析出相的聚集長大，使合金迅速軟化，從而使得電導率提高，若時間進一步延長，其時效析出相雖會進一步聚集長大，但其聚集長大不明顯，因此導致電導率雖會隨著時效時間的延長提高，但提高速度遞減。

綜合上述對比分析可以看出，在固溶溫度為470℃，一次時效溫度為115℃，二次時效溫度為175℃的情況下，二次時效時間定為10 小時，可獲得較為良好的綜合力學性能和電導率。

高、低倍及斷口

三種方案高、低倍組織及斷口都合格，低倍組織和斷口相差并不大，高倍都未出現過熱、過燒組織。

結論

⑴雙級時效過程中，隨著二次時效時間的增加，強度降低，電導率升高。

⑵7B04 鋁合金T73 狀態(tài)交付的鍛件，二次時效采用175℃×10h 時，可以保證在不大量犧牲強度的前提下獲得較好的綜合性能，該工藝對生產實踐具有重要的參考價值。