7050 铝合金的力学性能及其电导率

文/马斌，肖挺，宣航·陕西宏远航空锻造有限责任公司

7050 铝合金是美国Alcoa 公司20 世纪70 年代研制的Al-Zn-Mg-Cu 合金的一种，通过调控7075 铝合金成分发展而来。7050 铝合金中的Zn 和Mg 可形成时效强化效果很强的MgZn2相，该相是高强度铝合金的主要强化相，使7050 铝合金强度大大提高；Cu 能降低晶界与晶内电位差，抑制其沿晶开裂趋势，且Cu 能扩大G.P.区稳定温度范围，合金不易发生过时效；Zr 对提高合金的再结晶温度、细化晶粒有良好的效果，而且Zr 可保持Zn、Mg、Cu在固溶体中的稳定性，显著降低7050 铝合金的淬火敏感性。

目前，7050 铝合金材料经热处理后，材料的性能很难达到稳定的技术水平，实际生产中经常出现电导率不合格，电导率与强度及应力腐蚀敏感因子无法匹配。因此，寻找热处理过程对电导率的影响因素，锻件电导率与其他性能的匹配情况非常有意义。

应用材料及试验方法

⑴本文应用美国肯连的7050 铝合金方料，其标准化学成分如表1 所示。

表1 7050 铝合金化学成分(质量分数，%)

⑵锻件尺寸。锻件尺寸及有效厚度见表2。

表2 锻件尺寸及有效厚度

⑶热处理制度如表3 所示，热处理过程使用设备精度为±3℃。

表3 7050 铝合金T7452 热处理制度

本文为研究上述问题，立足生产，设计四组试验方案，锻件A 和锻件B 热处理制度是固溶温度改变，其余均参数不变；锻件B、锻件C 和锻件D 的热处理制度是二级时效时间依次延长2h，其余参数不变。

试验结果与分析

四种热处理制度对锻件电导率的影响

7050 铝合金的电导率在固溶、时效过程主要受合金的合金化程度、基体再结晶及溶质的析出影响。本文采用四种热处理制度对锻件进行处理，每件锻件分别选取5 点位置用涡流式电导仪测量电导率，如表4 所示。

表4 四组锻件的电导率/(mS/m)

在铝合金固溶处理的过程中，主要发生两个过程，分别是过剩相的溶解和基体的再结晶，这也是固溶处理过程对电导率影响的主要因素。过剩相的溶解是使溶质原子最大程度的溶入到基体中，形成过饱和固溶体，为时效过程中的强化相的析出做准备。7050铝合金的合金元素含量高，内部组织较为复杂，合金中共晶相种类繁多。较常见的有T(AlZnMgCu)、S(Al2CuMg)、η(MgZn2)和Al7Cu2Fe。根据文献介绍，固溶温度为471℃时，T 相部分融入基体，但基体中仍有少量S相；477℃固溶时，合金中仍能检测到S相。在一定范围内，随着固溶温度升高，锻件固溶程度增大。当固溶温度从471℃上升到477℃时，变形组织减少，再结晶组织增多，且固溶温度越高，其合金再结晶百分数增加越快，此时再结晶对电导率的影响大于溶质原子固溶到基体的影响。

对比锻件B 和锻件A 的电导率，发现固溶温度从471℃上升到477℃，电导率是升高的。这是由于固溶温度越高，其再结晶百分数增大较快，此时再结晶对合金电导率影响大于溶质原子固溶到基体的影响，电导率增大。

对比锻件B、C、D 的电导率可以发现，随着二次时效时间延长，锻件电导率依次提高。这是由于时效处理是控制锻件性能的关键热处理工序。7050 铝合金双级时效过程中，其析出序列为：过饱和固溶体→G.P.区→η'相→η 相。二级时效时，尺寸较大的G.P.区向η'相转化，随着二级时效时间延长，G.P.区含量降低，η'相含量增多，同时强度下降，电导率上升。

四种热处理制度对锻件室拉性能影响

经四种热处理制度处理的7050 铝合金大锻件室拉性能见表5。

表5 锻件A、B、C、D 的室拉性能

对比A、B 两件锻件的室拉数据，发现固溶温度从471℃上升到477℃后，锻件强度降低20MPa左右。这是由于7050 铝合金在这个温度范围内，再结晶的影响起主导作用，而再结晶的过程并不完全是晶粒细化的过程，由于时效温度远远低于固溶处理温度，固溶后合金的晶粒形貌及位错组态在时效过程中可能变化较弱，因此若固溶处理后再结晶组织百分数较高，将会使得材料中位错密度降低，从而使合金的强度降低。其中固溶温度为471℃的B 锻件的横向屈服强度过高，会影响锻件应力腐蚀敏感因子[长横向(LT)屈服强度-12×电导率]，通常情况下横向屈服强度大于490MPa，应力腐蚀敏感因子不合格。

再对比锻件B、C、D 的室拉数据，随着二级时效时间的延长，锻件的强度是下降的趋势。但锻件D的强度已经压线，没有余量，容易出现不合格情况。二级时效过程中，大于临界尺寸的G.P.区含量增多，进而形成η'相，合金发生过时效，合金强度下降。

锻件电导率与强度及应力腐蚀敏感因子对应关系

由于电导率具有测试快、无损和简便的优点，所以，实际生产中可以通过电导率来推测合金的某些力学性能。通过整理汇总以往生产过程的性能数据，现将电导率范围对应的强度性能数据情况整理到表6。

表6 强度与电导率数据汇总

从表6 可以发现电导率及强度、应力腐蚀敏感因子性能的匹配关系，对于强度要求高的锻件，可以将锻件电导率控制在22.5 ～24.5mS/m范围内，对于应力腐蚀因子有要求的锻件，电导率控制在22.5 ～23.5mS/m 范围内，锻件的强度及应力腐蚀因子均能符合标准要求。

7050 铝合金，随着二级时效时间延长，晶内析出的η(MgZn2)平衡相更均匀，且晶界析出相不连续化、粗大化，晶界与基体之间由于电位差引起的电化学腐蚀降低，从而提高了7050 铝合金的抗剥落腐蚀性能。由于随二级时效时间延长，电导率也是提高的，所以在日常生产过程中，在满足强度要求的情况下，可以通过控制稍微偏高的电导率来满足锻件较好的抗剥落腐蚀性能。

虽然现在已经发现了铝合金的电导率与其部分力学性能有关联，但还不是十分清楚有些关联的内在联系。因此，还需要大量实际生产数据来分析总结。

结论

⑴固溶温度从471℃升高到477℃时，锻件的强度降低，电导率升高。

⑵随着二级时效时间延长，锻件的强度降低，电导率增大，抗剥落腐蚀性能提高。

⑶电导率控制在22.5 ～23.5mS/m 范围内时，可以同时满足锻件对强度及应力腐蚀敏感因子的要求。

⑷实际生产过程中可以通过电导率来推测锻件力学性能。