微量Sc对7085铝合金淬火敏感性的影响

　　7×××系(Al-Zn-Mg-Cu系)合金是所运用的商业铝合金中强度最高的一类合金， 因其具有高强度与高比刚度、易于加工、耐腐蚀性能好以及韧性比较高等特点，被广泛用作航空航天工业的结构材料[1−2]。但该系合金存在淬火敏感性，即随着淬火速率的减小，合金的力学性能会发生显著的降低[3]。合金厚板淬火时，会因为表层和心部的冷却速率不同而导致表层和心部的力学性能不均匀和整体性能的下降。

　　从而不能满足航空航天工业对该系合金大尺寸、厚截面构件，尤其是厚板的性能要求。因此，很多学者对如何获得低淬火敏感性和高性能厚板这一问题进行了大量的研究。如LIU等[4]、刘文军等[5]以及邓运来等[6]通过改变热处理制度来降低合金的淬火敏感性，DENG等[7]和LIU等[8]通过改变合金成分来降低合金的淬火敏感性。铝合金淬火过程中的不均匀形核会导致合金力学性能降低，主要是由于不均匀形核降低了基体中固溶体的过饱和度，使得在后续时效过程中强化相的析出数量减少[9]。Al-Zn-Mg-Cu系合金淬火时η(MgZn2)平衡相在先析出的弥散粒子上和(亚)晶界处非均匀形核是合金产生淬火敏感性的主要原因[10]。合金的再结晶程度也是影响淬火敏感性的一个因素[11]，大角度晶界的迁移会改变粒子与基体的共格关系，增加合金中随机大角度晶界的数量，增加η(MgZn2)平衡相的析出场所。Sc是迄今为止发现的对铝合金性能优化效果最好的合金元素。含Sc的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金在铸造过程中形成与基体共格的Al3(Sc, Zr)粒子，起到非均质形核核心的作用，能有效细化铸态合金的晶粒尺寸。

　　在变形及回复过程中，Al3(Sc, Zr)粒子阻碍位错和亚晶界的移动，提高合金的变形抵抗能力及再结晶温度，降低再结晶晶粒尺寸，有效提高合金的综合力学性能[12−13]。但是Sc对铝合金淬火敏感性的影响鲜有报道。本文作者在7085铝合金中添加了微量Sc 元素，研究Sc对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金淬火敏感性的影响。

　　1 实验

　　采用高纯铝、纯镁和Al-Zn、Al-Cu、Al-Zr、Al-Sc中间合金配料，晶粒细化剂采用Al-5Ti-B。在石墨坩埚电阻炉内进行熔炼，熔炼温度为750~780℃，精炼温度为730~750℃，铸造温度为710~720℃，除气剂采用C2Cl6。将铝合金熔体浇入铁模中获得40mm×80mm×120mm的铸锭，铸锭的实际化学成分如表1所列。将获得的铸锭采用(480℃, 24h)的制度进行均匀化热处理。铣面后于420℃预热2h，轧制成厚为12mm 的板材，轧制总变形量为68%。沿板材轧制方向截取d9.8mm×160mm的圆柱体作为末端淬火实验的试样，使圆柱试样的轴向与轧向平行。试样置于箱式空气炉中于470℃固溶2h。固溶处理后在相同流量、压力与喷嘴直径的条件下用室温水进行末端淬火实验。试样完全冷却后置于恒温干燥箱中进行(121℃,24h)时效。将时效样品沿轴向剖开，在分剖面上沿淬火时温度梯度方向进行硬度测试，得到硬度(HV)与淬火端距离(l)的曲线，即淬透性曲线。