Механические свойства и электропроводность алюминиевого сплава 7050

Алюминиевый сплав 7050 - это один из видов сплава Al-Zn-Mg-Cu, разработанный корпорацией Alcoa в 1970-х годах путем регулирования компонентов алюминиевого сплава 7075.

Zn и Mg в алюминиевом сплаве 7050 могут формировать сильный эффект старения фазы MgZn2, которая является основной упрочняющей фазой высокопрочного алюминиевого сплава, значительно повышая прочность алюминиевого сплава 7050.

Cu может уменьшить разность потенциалов между границами зерен и внутрикристаллическими областями, подавить восприимчивость к межкристаллитному растрескиванию и расширить диапазон стабильных температур зон G.P., делая сплав менее склонным к перезреванию.

Zr оказывает хорошее влияние на повышение температуры рекристаллизации и измельчение размера зерна сплава, а также может поддерживать стабильность Zn, Mg и Cu в твердом растворе, значительно снижая чувствительность к закалке алюминиевого сплава 7050.

В настоящее время трудно достичь стабильного технического уровня свойства материала после термообработки для материала из алюминиевого сплава 7050, и в реальном производстве часто встречаются случаи несоответствия электропроводности.

Электропроводность не может быть сопоставлена с прочностью и чувствительностью к коррозии под напряжением.

Поэтому очень важно найти факторы влияния процесса термообработки на электропроводность, а также сопоставить электропроводность поковок с другими свойствами.

Материалы и методы испытаний

(1) В данной статье использовался квадратный материал из алюминиевого сплава 7050, стандартизированный химический состав которого приведен в таблице 1.

Таблица 1 Химический состав (массовая доля, %) алюминиевого сплава 7050.

Сплав7050
Элостаток
Zn5.7~6.7
Cu2.0~2.6
Mg1.9~2.6
Si<0.12
Zr0.08~0.15
Ti<0.06
Fe<0.15
Mn<0.10
Cr<0.04
Другие<0.15

(2) Размеры поковки. Размеры поковки и эффективная толщина приведены в таблице 2.

Таблица 2 Размеры поковки и эффективная толщина.

Размер поковкиЭффективная толщина поковок
550 мм × 295 мм × 174 мм174 мм

(3) Система термообработки показана в таблице 3. Точность оборудования, используемого в процессе термообработки, составляет ±3℃.

Таблица 3 Система термической обработки алюминиевого сплава 7050 T7452.

Состояние термообработкиНомер поковкиТвердый растворХолодная деформацияСвоевременность первого уровняВторичная своевременность
  T7452A477℃ × 65h,
с водяным охлаждением
2%~3%121℃ × 6h,
с воздушным охлаждением
175℃ × 8h,
с воздушным охлаждением
B471℃ × 65h,
с водяным охлаждением
2%~3%121℃ × 6h,
с воздушным охлаждением
175℃ × 8h,
с воздушным охлаждением
C471℃ × 6.5h,
с водяным охлаждением
2%~3%121℃ × 6h,
с воздушным охлаждением
175℃ × 10h,
с воздушным охлаждением
D471℃ × 65h,
с водяным охлаждением
2%~3%121℃ × 6h,
с воздушным охлаждением
175℃ × 12h,
с воздушным охлаждением

Для исследования вышеуказанных вопросов на основе производства были разработаны четыре экспериментальных плана. В системах термообработки поковок A и B изменяется температура раствора, а остальные параметры остаются неизменными; в системах термообработки поковок B, C и D время вторичного старения увеличивается на 2 часа каждый раз, а остальные параметры остаются неизменными.

Экспериментальные результаты и анализ

Влияние четырех систем термообработки на электропроводность поковок.

На электропроводность алюминиевого сплава 7050 в основном влияют степень легирования, рекристаллизация матрицы и осаждение растворителей в твердом растворе в процессе обработки раствором и старения.

В данном исследовании для обработки поковок использовались четыре системы термообработки, а электропроводность измерялась в пяти точках каждой поковки с помощью вихретокового измерителя электропроводности, как показано в таблице 4.

Таблица 4 Электропроводность/(мС/м) четырех групп поковок.

Номер поковкиРезультат теста
Позиция 1Позиция 2Позиция 3Позиция 4Позиция 5
A23.0123.1623.1422.9522.99
B22.6622.3622.5622.3122.28
C23.3523.3223.2923.4223.12
D23.523.523.823.623.6

Во время обработки раствором алюминиевые сплавыПри этом происходят два основных процесса - растворение избыточных фаз и рекристаллизация матрицы. Это также основные факторы, влияющие на электропроводность в процессе обработки раствора.

Растворение избыточных фаз направлено на то, чтобы максимально растворить атомы растворителя в матрице, образуя пересыщенный твердый раствор, подготавливающий к выпадению упрочняющей фазы в процессе старения.

Алюминиевый сплав 7050 имеет высокое содержание легирующих элементов и сложную внутреннюю структуру, с различными типами эвтектических фаз в сплаве, такими как T(AlZnMgCu), S(Al2CuMg), η(MgZn2) и Al7Cu2Fe.

Согласно литературным данным, при температуре раствора 471℃ часть фазы T частично переплавляется в матрицу, но в матрице остается небольшое количество фазы S; при температуре раствора 477℃ фаза S все еще может быть обнаружена в сплаве.

В определенном диапазоне степень твердого раствора поковок увеличивается с повышением температуры раствора.

При повышении температуры раствора с 471℃ до 477℃ деформированная структура уменьшается, а рекристаллизованная - увеличивается.

Более того, чем выше температура раствора, тем быстрее увеличивается процент рекристаллизации сплава, а влияние рекристаллизации на электропроводность выше, чем влияние растворения атомов растворителя в матрице.

Сравнивая электропроводность поковки B и поковки A, можно сделать вывод, что электропроводность увеличивается по мере повышения температуры раствора с 471℃ до 477℃.

Это объясняется тем, что чем выше температура раствора, тем быстрее увеличивается процент рекристаллизации сплава, и в это время влияние рекристаллизации на электропроводность сплава больше, чем влияние атомов растворителя, растворяющихся в матрице, что приводит к увеличению электропроводности.

Сравнивая электропроводность поковок B, C и D, можно сделать вывод, что электропроводность поковок последовательно увеличивается по мере увеличения времени вторичного старения.

Это связано с тем, что старение является ключевым процессом термической обработки, который контролирует свойства поковок.

Последовательность осаждения алюминиевого сплава 7050 в ходе двухстадийного процесса старения следующая: пересыщенный твердый раствор → зоны Г.П. → η' фаза → η фаза.

Во время вторичного старения более крупные зоны G.P. превращаются в η' фазу, и с увеличением времени вторичного старения содержание зон G.P. уменьшается, содержание η' фазы увеличивается, при этом прочность уменьшается, а электропроводность увеличивается.

Влияние четырех систем термообработки на свойства поковок при растяжении при комнатной температуре.

Характеристики растяжения при комнатной температуре крупных поковок из алюминиевого сплава 7050, обработанных по четырем системам термообработки, приведены в таблице 5.

Таблица 5 Свойства поковки A, поковки B, поковки C и поковки D при растяжении при комнатной температуре.

КовкаПрочность на разрыв
/МПа
Предел текучести
/МПа
Удлинение
/5D (%)
Направление образца
A52148813.0L
50344512.5
4994566.0LT
5014766.5
4864125.0ST
4844146.0
470/460/450400/385/3608/4/3стандарт
B53850013.5L
51947912.5
52347710.0LT
54250010.5
5074634.5ST
5084634.5
470/460/450400/385/3608/4/3стандарт
C50241512.5L
51142213.0
5044528.5LLT
5194716.5
5014388.5SST
5154528.5
470/460/450400/385/3608/4/3стандарт
D49141613.5L
48941614.0
47638510.5LLT
47138711.5
4643708.5ST
476389семь
 470/460/450400/385/3608/4/3стандарт

Сравнивая данные о растяжении при комнатной температуре поковок A и B, можно сделать вывод, что прочность снижается примерно на 20 МПа по мере увеличения температуры раствора с 471℃ до 477℃.

Это объясняется тем, что в этом диапазоне температур преобладает эффект рекристаллизации, а процесс рекристаллизации не является полностью процессом измельчения зерна.

Поскольку температура старения значительно ниже температуры обработки раствора, морфология и конфигурация дислокаций в зернах сплава после обработки твердым раствором могут слабо изменяться в процессе старения.

Поэтому, если процент рекристаллизации после обработки твердым раствором высок, плотность дислокаций в материале уменьшится, что приведет к снижению прочности сплава.

Среди них предел поперечной текучести поковки B при температуре раствора 471℃ слишком высок, что повлияет на коэффициент чувствительности поковки к коррозии под напряжением (предел продольной текучести - 12 × электропроводность).

Как правило, если предел текучести в поперечном направлении превышает 490 МПа, коэффициент чувствительности к коррозии под напряжением является неквалифицированным.

Сравнивая данные растяжения при комнатной температуре поковок B, C и D, можно сделать вывод, что прочность поковок имеет тенденцию к снижению по мере увеличения времени вторичного старения.

Однако прочность поковки D уже доведена до предела, без какого-либо запаса, поэтому она легко становится неквалифицированной. В процессе вторичного старения содержание зон G.P., превышающих критический размер, увеличивается, в результате чего образуется η' фаза, и сплав перестаривается, что приводит к снижению прочности сплава.

Взаимосвязь между электропроводностью поковки, прочностью и коэффициентом чувствительности к коррозии под напряжением.

Поскольку электропроводность имеет преимущества быстрого тестирования, неразрушающего и простого измерения, она может быть использована для оценки некоторых механических свойств сплава в реальном производстве.

Суммируя данные о производительности прошлых производственных процессов, в таблице 6 приведены данные о прочностных характеристиках, соответствующих диапазону электропроводности.

Таблица 6 Сводка данных по прочности и электропроводности.

Диапазон прочности на разрыв
/МПа
Диапазон предела текучести
/МПа
Направление выборкиДиапазон проводимости
/(мС/м)
500~552490~507L22.5~24.5
498~542462~506LT
480~510403~474ST
495~535490~510L22.5~23.5
481~530409~487LT
473~505370~446ST

Из таблицы 6 видно, что между показателями электропроводности, прочности и коэффициента чувствительности к коррозии под напряжением существует взаимосвязь.

Для поковок с высокими требованиями к прочности электропроводность поковок можно контролировать в диапазоне 22,5-24,5 мС/м.

Для поковок с требованиями к коэффициенту коррозии под напряжением электропроводность должна контролироваться в диапазоне 22,5-23,5 мС/м. Прочность и коэффициент коррозии под напряжением поковок могут соответствовать требованиям стандарта.

С увеличением времени второй стадии старения алюминиевого сплава 7050 равновесная фаза η (MgZn2), осажденная в зерне, становится более однородной, а фаза осаждения на границе зерен становится прерывистой и огрубевшей.

Электрохимическая коррозия, вызванная разностью потенциалов между границами зерен и матрицей, уменьшается, что улучшает антипилинговые коррозионные характеристики алюминиевого сплава 7050.

С увеличением времени старения на второй стадии увеличивается и проводимость. Поэтому в повседневном производстве можно регулировать немного более высокую проводимость, чтобы обеспечить лучшие антипилинговые коррозионные характеристики поковок при соблюдении требований к прочности.

Хотя корреляция между проводимость алюминия сплава и некоторых его механических свойств было обнаружено, однако до сих пор не ясно, в чем заключается внутренняя связь некоторых из этих корреляций.

Поэтому для анализа и обобщения по-прежнему необходимо большое количество фактических производственных данных.

Заключение

⑴ При повышении температуры раствора с 471°C до 477°C прочность поковок снижается, а электропроводность увеличивается.

⑵ С увеличением времени второго этапа старения прочность поковки снижается, электропроводность увеличивается, а антикоррозионные характеристики улучшаются.

⑶ При регулировании электропроводности в диапазоне 22,5-23,5 мС/м можно одновременно удовлетворить требования как к прочности, так и к чувствительности поковок к коррозии под напряжением.

⑷ В реальном производстве механические свойства поковок можно определить по их электропроводности.

Не забывайте, что делиться - значит заботиться! : )
Шейн
Автор

Шейн

Основатель MachineMFG

Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.

Далее

Освоение CAD/CAM: Основные технологии с пояснениями

Основные концепции автоматизированного проектирования и автоматизированного производства Автоматизированное проектирование и автоматизированное производство (CAD/CAM) - это комплексная и технически сложная дисциплина системного инжиниринга, которая включает в себя такие различные области, как компьютерная [...]...

Виртуальное производство: Концепции и принципы

Концепция виртуального производства Виртуальное производство (ВП) - это фундаментальная реализация реального производственного процесса на компьютере. В нем используются технологии компьютерного моделирования и виртуальной реальности, поддерживаемые высокопроизводительными [...]...

Понимание гибких производственных систем: Руководство

Гибкая производственная система (FMS) обычно использует принципы системной инженерии и групповой технологии. Она объединяет станки с числовым программным управлением (ЧПУ) (обрабатывающие центры), координатно-измерительные машины, системы транспортировки материалов, [...]...

Изучение 4 передовых методов нанофабрикации

Подобно тому, как производственные технологии играют важнейшую роль в различных областях, технология нанофабрикации занимает ключевое место в сфере нанотехнологий. Технология нанофабрикации включает в себя множество методов, в том числе механические [...].

Сверхточная обработка: Виды и технологии

Сверхточная обработка относится к прецизионным производственным процессам, в которых достигаются чрезвычайно высокие уровни точности и качества поверхности. Ее определение относительно и меняется по мере развития технологий. В настоящее время эта технология позволяет достичь [...].

Выбор правильного приспособления для ЧПУ: Типы и советы

В настоящее время механическую обработку можно разделить на две группы в зависимости от серийности производства: Среди этих двух категорий, первая составляет около 70-80% от общей стоимости продукции механической обработки [...]...

Топ-4 метода специальной обработки в современном машиностроении

В этой статье в основном представлены несколько зрелых методов специальной обработки. I. Обработка электрическим разрядом (EDM) EDM - это метод обработки токопроводящих материалов, использующий явление электрической коррозии во время [...]...

Что такое обработка с ЧПУ? Виды, преимущества, недостатки и этапы обработки

Что такое обработка с ЧПУ? Числовое программное управление (ЧПУ) - это метод управления движением и операциями обработки на станках с помощью оцифрованной информации. Станки с числовым программным управлением, часто сокращенно называемые [...]...

Изучение высокоскоростной резки: Обзор технологий и применение

Обработка резанием остается наиболее распространенным методом механической обработки, играющим важную роль в механическом производстве. С развитием производственных технологий технология обработки резанием претерпела значительный прогресс в [...].

Топ-7 новых инженерных материалов: Что нужно знать

Под передовыми материалами понимаются недавно исследованные или находящиеся в стадии разработки материалы, обладающие исключительными характеристиками и особыми функциональными свойствами. Эти материалы имеют огромное значение для развития науки и техники, [...]...

Методы расширения металла: Исчерпывающее руководство

Формирование выпуклости подходит для различных типов заготовок, таких как чашки глубокой вытяжки, разрезанные трубы и прокатные конические сварные изделия. Классификация по средствам формования выпуклости Методы формования выпуклости можно разделить [...].
MachineMFG
Поднимите свой бизнес на новый уровень
Подпишитесь на нашу рассылку
Последние новости, статьи и ресурсы, еженедельно отправляемые в ваш почтовый ящик.

Свяжитесь с нами

Вы получите наш ответ в течение 24 часов.