Zn/Mg比对Al-Zn-Mg-Cu合金淬火敏感性的影响

摘要

Al-Zn-Mg-Cu系合金由于具有高强、高韧、较好的耐腐蚀性能且密度低的特点而作为结构材料广泛应用于航空航天领域。增大合金化程度能提高该系合金的力学性能，但却使得厚板的淬火敏感性升高的倾向性增大。如何获得力学性能较高、淬火敏感性低的合金是近年来材料工程和科学领域关注和研究的热点，研究表明主成分Zn、Mg、Cu元素的含量与比例是影响合金淬火敏感性的重要因素。本文通过材料相图计算、材料试验及检测分析比较系统地研究了Zn/Mg质量比(3.0、4.25、6.0)对Zn含量为8.0～9.0，Mg含量为1.5～2.5，Cu含量为1.0的合金淬火敏感性的影响规律及机理，得出以下结论:
　　(1)计算揭示了Zn(4％～10％)、Mg(1％～5％)元素及Zn/Mg比对合金TTT曲线的影响规律。Zn、Mg含量的增加均在一定程度上使得TTT曲线左移，孕育期缩短，淬火敏感性增大。随着Zn/Mg比的增大，TTT曲线右移，孕育期延长，鼻尖温度也降低，合金的淬火敏感性降低。
　　(2)探明了不同Zn/Mg比合金对相的种类及在热处理过程中的组织演变的影响。铸态组织中，主要是Al基体和MgZn2相。固溶处理后三种合金均发生了一定程度的再结晶，Zn/Mg最低的合金产生的再结晶程度大于Zn/Mg比较高的两组合金。
　　(3)揭示了固溶处理对Al-Zn-Mg-Cu合金淬火敏感性的影响并获得最佳固溶工艺。相比475℃/2h固溶处理，450℃/8h+475℃/2h固溶处理细化了晶粒，增加了再结晶晶粒数目及（亚）晶界的数目，促进了慢速淬火过程中η平衡相的析出，淬火敏感性明显升高。475℃/2h单级固溶处理为最佳固溶制度。
　　(4)探明了Zn/Mg比对Al-Zn-Mg-Cu合金淬火敏感性和力学性能的影响规律并获得最佳Zn/Mg合金。随着Zn/Mg的增加（从3.2、4.25到6.0），合金的淬透层深度分别为65mm、100mm以上、90mm，合金的淬火敏感性先降低后升高，合金的强度降低，延伸率升高。最佳Zn/Mg为4.25，此时淬透层深度为100mm以上，抗拉强度、屈服强度及延伸率分别为671MPa，643MPa，10.35％。