7055铝合金又叫做7055航空铝合金,具有低密度、高强度、可塑性好,焊接性能优良以及极佳的抗应力腐蚀等特性[7]。在对机身材料要求更加严格的今天,要求具有更高的强度、抗应力腐蚀以及开裂性能、更优良的断裂韧性,而7055超高强度铝
合金是目前变形铝合金中强度最高的合金,在满足要求的同时,7055铝合金还具有更轻的结构质量。在国内航空领域,大大小小的机种都或多或少的存在超重问题,进一步提高7055铝合金的强度是当务之急,变相的能够减轻机身的重量,这也是7055
铝合金未来的研究方向。对于7055高强铝合金的研究不曾停歇,这是航空航天行业更进一步的必由之路。
7055铝合金有显著的时效硬化和抗过时效特性,故也为时效硬化性强化合金,固溶处理是提高其性能的重要工序之一。合金元素的固溶程度、再结晶程度及晶粒尺寸对后续淬火及时效行为都将产生很大影响,从而影响合金最终的强度、断裂韧性、抗应力腐蚀等性能。通过时效析出强化,即在高温固溶后淬火形成的过饱和固溶体,在时效中分解产生析出相阻碍位错运动,7055铝合金拥有600MPa以上的强度。
实验设计是寻找7055铝合金最合适的均匀化制度,得到具有高塑性,等轴晶组织的7055铝合金组织,能够经过其他工艺制备不同力学性能的铝合金。
1.37055铝合金常见的热处理工艺
热处理分为很多种,它属于一种金属热加工工艺。将金属或合金材料放在介质内通过加热、保温、冷却等手段,改变材料表面或内部的金相组织结构,来控制其性能。7055铝合金一般常见的热处理方式有固溶、时效、退火和淬火这几个方面。实验中使用的最初的材料为T79状态的7055铝合金,是通过固溶时效以及其他工艺处理过的7055铝合金。
固溶,是指将7055铝合金加热到一定温度,使第二相能够最大限度或是全部地溶入固溶体[8],保温一段时间后,快速冷却(快于第二相自固溶体中析出的速度[9]),获得过饱和固溶体的工艺。该处理消除了由于冷热加工产生的应力,使合金发生再结晶。其次,固溶处理是为了获得适宜的晶粒度,以保证合金高温抗蠕变性能。时效,有自然时效和人工时效之分,室温下进行的时效叫自然时效,在一定温度下进行的时效叫人工时效。把材料有意识地在室温或较高温度存放较长时间,使之产生时效工艺;一般类似低碳钢等金属或合金在一定温度下,保温一段时间,产生过饱和固溶体从溶液中析出[10],出现晶格沉淀而强度逐渐升高的现象。而7055铝合金淬火后,强度或硬度并不立即达到峰值,其塑性非但未下降,反而有所上升。经相当长时间(比如3~4天)的室温放置后,这种淬火合金的强度与硬度显著提高,而塑性则有所下降。这种淬火合金的强度和硬度随时间而发生显著变化的现象,叫做时效。
固溶温度的升高可提高合金时效后的硬度和强度,这是因为固溶温度使合金淬火后得到更高的溶质和空位浓度,有利于细小沉淀相均匀弥散析出;但是温度太高会导致伪共晶组织熔化,产生过烧组织。张新明等[11]认为,7055铝合金固溶时,粗大的初生AlZnMgCu相溶解缓慢,并逐渐球化,而初生AlZnMgCuFeTi相几乎不溶解。固溶温度越高(460~480℃),时间越长(0~240min),初生AlZnMgCu相溶解越多,再结晶越多,晶粒尺寸越大。再结晶主要于初始晶界的粗大初生相上形核(PSN机制),并向Al3Zr粒子少的变形晶粒内部长大。逐步升温固溶处理可使最终固溶温度超过多相共晶温度而不产生过烧组织,提高残余可溶结晶相的固溶程度和合金力学性能.当温度一定时,随时间的延长,7055铝合金经历欠时效、峰值时效和过时效3个阶段。