Proprietà meccaniche e conducibilità elettrica della lega di alluminio 7050

La lega di alluminio 7050 è un tipo di lega Al-Zn-Mg-Cu sviluppata da Alcoa Corporation negli anni '70 attraverso la regolazione dei componenti della lega di alluminio 7075.

Zn e Mg nella lega di alluminio 7050 possono formare un forte effetto di invecchiamento della fase MgZn2, che è la principale fase di rafforzamento della lega di alluminio ad alta resistenza, migliorando significativamente la resistenza della lega di alluminio 7050.

Il Cu può ridurre la differenza di potenziale tra i confini dei grani e le regioni intracristalline, sopprimere la suscettibilità alle cricche intergranulari e ampliare l'intervallo di temperatura stabile delle zone G.P., rendendo la lega meno incline all'invecchiamento eccessivo.

Lo Zr ha un buon effetto sull'aumento della temperatura di ricristallizzazione e sulla raffinazione della granulometria della lega, e può mantenere la stabilità di Zn, Mg e Cu nella soluzione solida, riducendo significativamente la sensibilità all'estinzione della lega di alluminio 7050.

Attualmente, è difficile raggiungere un livello tecnico stabile di proprietà del materiale dopo il trattamento termico per il materiale in lega di alluminio 7050, e spesso si verificano casi di conducibilità elettrica non conforme nella produzione effettiva.

La conducibilità elettrica non può essere abbinata ai fattori di resistenza e di sensibilità alla corrosione sotto sforzo.

Pertanto, è molto importante individuare i fattori che influenzano il processo di trattamento termico sulla conduttività elettrica e abbinare la conduttività elettrica dei pezzi forgiati ad altre proprietà.

Materiali e metodi di prova

(1) In questo articolo è stato utilizzato il materiale quadrato in lega di alluminio 7050, la cui composizione chimica standardizzata è riportata nella Tabella 1.

Tabella 1 Composizione chimica (frazione di massa, %) della lega di alluminio 7050.

(2) Dimensioni di forgiatura. Le dimensioni di forgiatura e lo spessore effettivo sono riportati nella Tabella 2.

Tabella 2 Dimensioni di forgiatura e spessore effettivo.

(3) Il sistema di trattamento termico è mostrato nella Tabella 3. La precisione dell'apparecchiatura utilizzata nel processo di trattamento termico è di ±3℃.

Tabella 3 Sistema di trattamento termico della lega di alluminio 7050 T7452.

Per indagare su questi aspetti, sulla base della produzione, sono state progettate quattro serie di piani sperimentali. Il sistema di trattamento termico di forgiatura A e di forgiatura B modifica la temperatura della soluzione, mentre gli altri parametri rimangono invariati; il sistema di trattamento termico di forgiatura B, di forgiatura C e di forgiatura D aumenta il tempo di invecchiamento secondario di 2 ore ogni volta, mentre gli altri parametri rimangono invariati.

Risultati sperimentali e analisi

L'influenza di quattro sistemi di trattamento termico sulla conducibilità elettrica dei forgiati.

La conducibilità elettrica della lega di alluminio 7050 è influenzata principalmente dal grado di lega, dalla ricristallizzazione della matrice e dalla precipitazione di soluti nella soluzione solida durante il trattamento in soluzione e il processo di invecchiamento.

In questo studio sono stati utilizzati quattro sistemi di trattamento termico per trattare i forgiati e la conducibilità elettrica è stata misurata in cinque punti per ogni forgiato utilizzando un conduttimetro elettrico a correnti parassite, come mostrato nella Tabella 4.

Tabella 4 Conducibilità elettrica/(mS/m) di quattro gruppi di forgiati.

Durante il trattamento della soluzione di leghe di alluminioSi verificano due processi principali, ovvero la dissoluzione delle fasi in eccesso e la ricristallizzazione della matrice. Questi sono anche i principali fattori che influenzano la conducibilità elettrica durante il processo di trattamento in soluzione.

La dissoluzione delle fasi in eccesso serve a sciogliere il più possibile gli atomi di soluto nella matrice, formando una soluzione solida supersatura, che prepara la precipitazione della fase di rinforzo durante il processo di invecchiamento.

La lega di alluminio 7050 ha un elevato contenuto di elementi di lega e una struttura interna complessa, con vari tipi di fasi eutettiche nella lega, come T(AlZnMgCu), S(Al2CuMg), η(MgZn2) e Al7Cu2Fe.

Secondo quanto riportato in letteratura, a una temperatura di soluzione di 471℃, una parte della fase T si fonde parzialmente nella matrice, ma è ancora presente una piccola quantità di fase S nella matrice; quando la temperatura di soluzione è di 477℃, la fase S può ancora essere rilevata nella lega.

Entro un certo intervallo, il grado di soluzione solida dei forgiati aumenta con l'aumentare della temperatura di soluzione.

Quando la temperatura della soluzione aumenta da 471℃ a 477℃, la struttura deformata diminuisce e la struttura ricristallizzata aumenta.

Inoltre, più alta è la temperatura della soluzione, più rapida è la percentuale di ricristallizzazione della lega e l'influenza della ricristallizzazione sulla conducibilità elettrica è maggiore di quella degli atomi di soluto disciolti nella matrice.

Confrontando la conducibilità elettrica della forgia B e della forgia A, si scopre che la conducibilità elettrica aumenta all'aumentare della temperatura della soluzione da 471℃ a 477℃.

Questo perché più alta è la temperatura della soluzione, più rapida è la percentuale di ricristallizzazione della lega; in questo momento, l'influenza della ricristallizzazione sulla conducibilità elettrica della lega è maggiore di quella degli atomi di soluto disciolti nella matrice, con conseguente aumento della conducibilità elettrica.

Confrontando la conducibilità elettrica dei fucinati B, C e D, si nota che la conducibilità elettrica dei fucinati aumenta in modo sequenziale con il prolungarsi del tempo di invecchiamento secondario.

Questo perché il trattamento di invecchiamento è un processo di trattamento termico chiave che controlla le proprietà dei forgiati.

La sequenza di precipitazione della lega di alluminio 7050 durante il processo di invecchiamento in due fasi è: soluzione solida supersatura → zone G.P. → fase η' → fase η.

Durante l'invecchiamento secondario, le zone G.P. di dimensioni maggiori si trasformano in fase η' e, con il prolungarsi del tempo di invecchiamento secondario, il contenuto di zone G.P. diminuisce, il contenuto di fase η' aumenta e, allo stesso tempo, la resistenza diminuisce e la conducibilità elettrica aumenta.

L'effetto di quattro sistemi di trattamento termico sulle proprietà di trazione a temperatura ambiente dei forgiati.

Le proprietà di trazione a temperatura ambiente di grandi fucinati in lega di alluminio 7050 lavorati con quattro sistemi di trattamento termico sono mostrate nella Tabella 5.

Tabella 5 Proprietà di trazione a temperatura ambiente di forgiatura A, forgiatura B, forgiatura C e forgiatura D.

Confrontando i dati di trazione a temperatura ambiente della forgiatura A e della forgiatura B, si può notare che la resistenza diminuisce di circa 20MPa all'aumentare della temperatura della soluzione da 471℃ a 477℃.

Questo perché in questo intervallo di temperatura domina l'effetto della ricristallizzazione e il processo di ricristallizzazione non è interamente un processo di affinamento dei grani.

Poiché la temperatura di invecchiamento è molto inferiore a quella del trattamento in soluzione, la morfologia e la configurazione delle dislocazioni dei grani della lega dopo il trattamento in soluzione solida possono cambiare debolmente durante il processo di invecchiamento.

Pertanto, se la percentuale di ricristallizzazione è elevata dopo il trattamento in soluzione solida, la densità di dislocazioni nel materiale diminuirà, con conseguente diminuzione della resistenza della lega.

Tra questi, il limite di snervamento trasversale del pezzo forgiato B a una temperatura di soluzione di 471℃ è troppo alto, il che influisce sul fattore di sensibilità alla corrosione da stress del pezzo forgiato (limite di snervamento longitudinale - 12 × conduttività elettrica).

In generale, se la resistenza allo snervamento trasversale è superiore a 490MPa, il fattore di sensibilità alla corrosione da sforzo non è qualificato.

Confrontando i dati di trazione a temperatura ambiente dei fucinati B, C e D, si nota che la resistenza dei fucinati tende a diminuire con il prolungarsi del tempo di invecchiamento secondario.

Tuttavia, la resistenza della forgiatura D è già stata spinta al limite, senza alcun margine, rendendo facile la non qualificazione. Durante il processo di invecchiamento secondario, il contenuto di zone G.P. più grandi della dimensione critica aumenta, formando così la fase η', e la lega è sovrainvecchiata, con conseguente diminuzione della resistenza della lega.

La relazione tra conducibilità elettrica di forgiatura, resistenza e fattore di sensibilità alla corrosione sotto sforzo.

Poiché la conducibilità elettrica presenta i vantaggi di un test rapido, non distruttivo e di una facile misurazione, può essere utilizzata per stimare alcune proprietà meccaniche della lega nella produzione reale.

Riassumendo i dati sulle prestazioni dei processi di produzione passati, i dati sulle prestazioni di resistenza corrispondenti all'intervallo di conducibilità elettrica sono riassunti nella Tabella 6.

Tabella 6 Riepilogo dei dati di resistenza e conducibilità elettrica.

Dalla Tabella 6 si evince che esiste una relazione di corrispondenza tra le prestazioni di conduttività, resistenza e fattore di sensibilità alla corrosione sotto sforzo.

Per i forgiati con requisiti di resistenza elevati, la conduttività dei forgiati può essere controllata entro un intervallo di 22,5-24,5 mS/m.

Per i pezzi fucinati con requisiti di fattore di corrosione sotto sforzo, la conducibilità deve essere controllata entro un intervallo di 22,5-23,5 mS/m. Sia la resistenza che il fattore di corrosione sotto sforzo dei forgiati possono soddisfare i requisiti standard.

Con l'estensione del tempo di invecchiamento del secondo stadio nella lega di alluminio 7050, la fase di equilibrio η (MgZn2) precipitata nel grano diventa più uniforme e la fase di precipitazione al confine del grano diventa discontinua e grossolana.

La corrosione elettrochimica causata dalla differenza di potenziale tra il bordo del grano e la matrice viene ridotta, migliorando così le prestazioni anticorrosione della lega di alluminio 7050.

Con l'aumentare del tempo di invecchiamento del secondo stadio, aumenta anche la conduttività. Pertanto, nella produzione giornaliera, è possibile controllare una conduttività leggermente più elevata per ottenere migliori prestazioni anticorrosione dei forgiati, rispettando al contempo i requisiti di resistenza.

Sebbene la correlazione tra il conduttività dell'alluminio È stata scoperta una correlazione tra la lega e alcune delle sue proprietà meccaniche, ma non è ancora chiaro quale sia il nesso intrinseco di alcune di queste correlazioni.

Pertanto, è ancora necessario analizzare e sintetizzare una grande quantità di dati di produzione reali.

Conclusione

Quando la temperatura della soluzione aumenta da 471°C a 477°C, la resistenza dei forgiati diminuisce e la conduttività aumenta.

⑵ Con il prolungamento del tempo di invecchiamento in seconda fase, la resistenza dei forgiati diminuisce, la conduttività aumenta e le prestazioni anticorrosione migliorano.

⑶ Quando la conducibilità è controllata entro l'intervallo 22,5-23,5 mS/m, è possibile soddisfare contemporaneamente i requisiti di resistenza e i fattori sensibili alla corrosione da stress dei forgiati.

⑷ Nella produzione reale, le proprietà meccaniche dei forgiati possono essere dedotte dalla loro conduttività.