热速处理对Al-7Si-Mg合金组织与性能影响

　　1 试验材料与方法

　　试验材料选用T8态新型铝锂合金轧制薄板，厚度2.1mm，化学成分(质量分数，%)为 0.7Li，3.7Cu，0.7Mg，0.34Ag，0.11Zr，0.29Mn，0.32Zn，Al余量。对新型铝锂合金进行固溶处理，固溶温度 475～555℃，固溶时间15～45min。由于新型铝锂合金对固溶温度较敏感，固溶处理在KU-15-06-A型空气循环箱式炉中进行，控温精度和温 度场均匀性均保持在±1℃以内。固溶后的铝锂合金薄板经水冷后，进行单级人工时效。其中，淬火后常温停放时间≤30min。时效在DHG-9623A恒温 鼓风干燥箱中进行，单级时效工艺为165℃×20h，保持干燥箱温度均匀性在±1℃以内。

　　在配有引伸计的CMT-5105型万能电子试验机上，按标准ASTM E8/E8M-08进行拉伸试验，拉伸试验方向垂直于板材轧制方向。对不同热处理状态下的新型铝锂合金超声清洗后，采用FEIQuanta200扫描电子 显微镜观察拉伸断口形貌，分析其断裂形貌以及相析出和长大情况。

　　2 试验结果与分析

　　2.1 固溶温度对新型铝锂合金组织和性能的影响

　　新型铝锂合金不同温度(475～555C)溶30min，水淬+165℃×20h单级人工时效后的力学性能，如图1所示。由图1可知，随固溶温 度的升高，新型铝锂合金的抗拉强度和屈服强度升高并最终趋于稳定，其中，屈服强度的提升极为显著; 弹性模量基本保持不变，约为80GPa; 断后伸长率降低明显。随固溶温度的升高，新型铝锂合金的第二相溶解得更加彻底，合金基体的过饱和度增大; 时效后，第二相析出的体积分数越多，合金的硬度和强度越高^[11-12]。当固溶温度为545℃和555℃时，材料的强度增加已不明显，且断后伸长率降至6%左右，材料塑性降低严重。

　　图2为合金不同温度固溶后的显微组织。可以看出，475℃固溶后，合金经轧制工艺产生的板条状组织依然非常显著，晶粒相对细小，可看到细小的二 次相析出; 555℃固溶后，合金中由轧制工艺造成的板条状组织已不显著，轧制特征减退，组织粗化较为明显，晶粒粗大，二次相的析出更为显著。

　　合金不同温度固溶后的断口形貌如图3所示。固溶温度为475℃时，断口为典型韧窝断裂，韧窝密集且深度较大，而固溶温度为555℃时，其韧窝较 少且解理台阶增多，其韧性较差。结合拉伸试验结果可知，固溶温度在545℃以上时，新型铝锂合金塑性、韧性较差，该情况需在热处理过程中加以关注和避免。

　　经时效处理后的新型铝锂合金，其韧窝中的析出相较为显著。不同固溶温度下的相析出情况如图4所示。475℃ 固溶+165℃×20h时效后，析出的第二相形貌如图4(a)所示，第二相尺寸较小，且弥散分布在基体中; 535℃固溶+165℃×20h时效后，析出第二相形貌如图4(b)所示，其第二相尺寸较475℃的明显增大; 而555℃固溶并时效后，合金第二相尺寸半径接近微米级，如图4(c)所示。从热力学的角度来说，固溶温度越高，基体中的溶质原子含量就越高，时效过程中 析出的第二相的相变驱动力就越大，可减小第二相的临界形核尺寸，使形核率提高，最终导致析出相数量增加，尺寸减小，提高时效强化效果^[13-14]; 但温度进一步升高至545℃或更高时，第二相晶粒不断长大，界面平直化，最终导致材料塑性大幅降低。