时效制度对7075铝合金晶间腐蚀行为的影响

李有功，李秋梅，周 龙，王洪卓，张 恒

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁 辽阳 111003)

Al-Zn-Mg-Cu系合金为超高强度铝合金，具有高的比强度和硬度、较好的耐腐蚀性能和较高的韧性等优点，已成为最重要的结构材料之一[1-2]。随着航空工业的发展，对飞机运行寿命与运行安全的要求越来越高，需要结构材料具有高的强度及抗应力腐蚀性能和抗疲劳性能。优化热处理制度是改善高强铝合金性能的重要手段，峰值时效状态下的主要强化相是GP区、η″相和少量的η′相，晶界相为连续链状分布，但具有较高的腐蚀敏感性，研究人员通过开发了T73、T76、RRA等时效工艺，改变晶界析出相的分布状态减少腐蚀敏感性[3-4]。

本文对7075铝合金板材在不同时效状态下的电导率与晶间腐蚀进行测试，并用正交法对不同热处理制度与测试结果进行正交实验，获得7075铝合金板材力学性能和电导率、抗腐蚀性能的结合，为热处理工艺的制定与优化奠定基础。

1 实验材料及方法

实验材料为Φ10mm的7075挤压棒材，其化学成分见表1。对挤压后的板材进行462℃×75min的固溶处理，针对不同时效温度和时效时间，选取四因素三水平进行正交实验，如表2所示。正交实验分为9组，分别进行拉伸、电导率、晶间腐蚀、金相观测等实验，拉伸测试，每组实验分别选取3个试样进行测试，采用AG-X100KN型万能试验机；电导率测试，每个试样取6个点做平均值，采用Sigmatest2.069电导率测试仪；晶间腐蚀试验，执行GB/T 7998-2005标准，腐蚀溶液为57g/L NaCl+10g/L H2O2混合液，试验温度为35℃±2℃，试验时间为6h；金相观测，采用ZEISS金相显微镜放大100倍观察并测量晶间腐蚀深度。

表1 7075铝合金化学成分(质量分数，%)

2 实验结果与分析

2.1 力学与电导率正交结果

正交实验方案与力学、电导率结果见表2。经实验1、实验6双级时效后抗拉强度较高，电导率最低，其第二级的时效温度均为145℃，时效时间低于10h。随着时效时间延长抗拉强度降低，电导率升高。经实验3、实验5、实验7双级时效后抗拉强度较低，电导率最高，这3组的第二级时效温度均为175℃。该合金在单级峰时效下抗拉强度为669MPa，延伸率为10.0%，电导率为30.91IACS%。经实验1、实验6双级时效后抗拉强度降低1.9%，电导率升高2.5%。

2.2 正交实验结果分析

极差分析结果见表3。

表2 正交实验方案与结果

表3 极差分析结果

根据极差结果可知，第二级时效温度、时间是影响合金力学性能与电导率的关键因素，明显高于其他因素的影响。随着第二级时效温度从145℃升高至175℃，强度值降低了15.6%，电导率升高了19%。随着第二级时效时间从7h到13h，强度值降低3.7%，电导率升高3.3%。总体看来，采用双级时效合金的电导率均高于单级时效，抗拉强度有不同程度降低。

第二级时效温度为175℃时，虽然电导率明显提升，但强度值大幅度下降，故不适合。相比之下，采用第二级时效温度145℃～160℃，时间控制在6h～7h，抗拉强度值仍在600 MPa以上。

2.3 时效制度对晶间腐蚀的影响

图1为7075铝合金在不同时效处理后的晶间腐蚀形貌。图1(a)为120℃×24h时效后晶间腐蚀形貌，可以看出发生严重的晶间腐蚀，部分晶粒发生脱落，经测量最大腐蚀深度达73.4μm。图1(b)为150℃×4h+145℃×7h双级时效处理后腐蚀形貌，最大腐蚀深度达63.14μm，略低于T6态。图1(c)为135℃×10h+160℃×7h时效处理后腐蚀形貌，最大腐蚀深度降为14.24μm，腐蚀敏感性大幅度降低。根据晶间腐蚀实验结果确定135℃×10h+160℃×7h为最优方案。

2.4 分析与讨论

7075合金经120℃×24h单级时效后，其析出相主要为GP区和η″相，使合金强度达到最高，但晶界是粗大连续的η平衡相，降低抗腐蚀性能[5-7]。一般认为经过先低温再高温的双级时效处理后，晶内为η″相，晶界为粗大断续分布的平衡相。根据正交实验可知，第二级时效温度对力学性能影响最大，随着温度升高，强度值降低，由于时效温度高，原子扩散速度越快，析出相的尺寸较大，密度降低，故经双级时效处理后，合金的强度值均较单级峰时效强度降低。

合金电导率是组织敏感性参数，可以反应合金的抗腐蚀性能，通常电导率越高，合金的抗腐蚀性能越好。如表2所示，随着第二级时效温度的升高，合金电导率增大，同时随着时效时间的延长，电导率也提高，这归因于晶内和晶界析出相粗化。

晶间腐蚀的主要形式是电化学腐蚀，是晶界无沉淀析出带或晶界析出相的阳极溶解所致，析出相与基体、晶界附近的贫化区电极电位不同。晶界析出相尺寸越大分布越不连续，合金的抗蚀性能越好，反之晶界析出相尺寸越小且呈链状分布，则合金的抗蚀性能越差。在双级时效状态下的腐蚀机理与峰时效相似，不同的是晶界处析出大量粗大η′和η平衡相，根据实验结果，经适当双级时效处理后，合金的抗蚀性能显著改善。

3 结论

(1)双级时效过程中，第二级时效温度对性能影响最大，随着第二级时效温度升高，强度值降低，电导率升高。随着第二级时效时间延长，强度值降低3.7%，电导率升高3.3%。

(2)根据正交实验与晶间腐蚀测试结果，确定7055铝合金的最佳双级工艺为135℃×10h+160℃×7h。在此条件下，合金的抗拉强度、伸长率和电导率分别为616.9MPa、10.0%和34.77IACS%。