7050 알루미늄 합금의 기계적 특성 및 전기 전도성

7050 알루미늄 합금은 7075 알루미늄 합금의 성분을 조절하여 1970년대에 알코아사가 개발한 Al-Zn-Mg-Cu 합금의 한 종류입니다.

7050 알루미늄 합금의 아연과 마그네슘은 고강도 알루미늄 합금의 주요 강화 단계인 MgZn2상의 강력한 노화 효과를 형성하여 7050 알루미늄 합금의 강도를 크게 향상시킬 수 있습니다.

Cu는 결정립 경계와 결정 내 영역 사이의 전위차를 줄이고, 결정립 간 균열에 대한 민감성을 억제하며, G.P 영역의 안정적인 온도 범위를 확장하여 합금이 과노화되는 경향을 줄일 수 있습니다.

Zr은 재결정 온도를 높이고 합금의 입자 크기를 정제하는 데 좋은 영향을 미치며 고용액에서 Zn, Mg 및 Cu의 안정성을 유지하여 7050 알루미늄 합금의 담금질 감도를 크게 줄일 수 있습니다.

현재 안정적인 기술 수준을 달성하는 것은 어렵습니다. 재료 속성 7050 알루미늄 합금 소재의 경우 열처리 후 실제 생산 시 전기 전도도를 준수하지 않는 경우가 종종 있습니다.

전기 전도도는 강도 및 응력 부식 민감도 계수와 일치할 수 없습니다.

따라서 열처리 공정이 전기 전도도에 미치는 영향 요인을 찾아내고 단조품의 전기 전도도를 다른 물성과 일치시키는 것은 매우 의미 있는 일입니다.

재료 및 테스트 방법

(1) 이 글에서는 7050 알루미늄 합금 사각 소재를 사용했으며, 표준화된 화학 성분은 표 1에 나와 있습니다.

표 1 7050 알루미늄 합금의 화학적 조성(질량 분율, %).

(2) 단조 치수. 단조 치수와 유효 두께는 표 2에 나와 있습니다.

표 2 단조 치수 및 유효 두께.

(3) 열처리 시스템은 표 3에 나와 있습니다. 열처리 공정에 사용되는 장비 정확도는 ±3℃입니다.

표 3 7050 알루미늄 합금 T7452의 열처리 시스템.

위의 문제를 조사하기 위해 생산을 기반으로 네 가지 실험 계획을 설계했습니다. 단조 A와 단조 B의 열처리 시스템은 용액 온도를 변경하고 다른 파라미터는 변경하지 않고, 단조 B, 단조 C 및 단조 D의 열처리 시스템은 2차 숙성 시간을 매번 2시간씩 늘리고 다른 파라미터는 그대로 유지합니다.

실험 결과 및 분석

단조품의 전기 전도도에 대한 네 가지 열처리 시스템의 영향.

7050 알루미늄 합금의 전기 전도도는 주로 용액 처리 및 노화 과정에서 합금화 정도, 매트릭스 재결정화 및 고용체 내 용질의 침전에 의해 영향을 받습니다.

본 연구에서는 4가지 열처리 시스템을 사용하여 단조품을 처리했으며, 표 4와 같이 와전류식 전기 전도도 측정기를 사용하여 각 단조품의 5개 지점에서 전기 전도도를 측정했습니다.

표 4 네 가지 단조품 그룹의 전기 전도도/(mS/m).

솔루션 처리 중 알루미늄 합금과잉 위상의 용해와 매트릭스의 재결정화라는 두 가지 주요 프로세스가 발생합니다. 이는 용액 처리 과정에서 전기 전도도에 영향을 미치는 주요 요인이기도 합니다.

과잉상의 용해는 용질 원자를 가능한 한 매트릭스에 용해시켜 과포화 고용체를 형성하여 노화 과정에서 강화상의 침전을 준비하는 것입니다.

7050 알루미늄 합금은 합금 원소 함량이 높고 내부 구조가 복잡하며 합금 내 다양한 유형의 공융상(T(AlZnMgCu), S(Al2CuMg), η(MgZn2), Al7Cu2Fe 등)이 존재합니다.

문헌 보고에 따르면, 471℃의 용액 온도에서 일부 T상이 부분적으로 매트릭스에 녹지만 매트릭스에는 여전히 소량의 S상이 있으며, 용액 온도가 477℃인 경우 합금에서 여전히 S상이 검출될 수 있습니다.

특정 범위 내에서 단조품의 고용체 정도는 용액 온도가 증가함에 따라 증가합니다.

용액 온도가 471℃에서 477℃로 상승하면 변형된 구조는 감소하고 재결정된 구조는 증가합니다.

또한 용액 온도가 높을수록 합금 재결정화 비율이 더 빨리 증가하고, 재결정화가 전기 전도도에 미치는 영향은 용질 원자가 매트릭스에 용해되는 것보다 더 큽니다.

단조 B와 단조 A의 전기 전도도를 비교하면 용액 온도가 471℃에서 477℃로 증가함에 따라 전기 전도도가 증가하는 것을 알 수 있습니다.

이는 용액 온도가 높을수록 합금 재결정화 비율이 빠르게 증가하고, 이때 합금의 전기 전도도에 대한 재결정화의 영향이 용질 원자가 매트릭스에 용해되는 것보다 커서 전기 전도도가 증가하기 때문입니다.

단조 B, 단조 C, 단조 D의 전기 전도도를 비교하면 2차 노화 시간이 길어질수록 단조의 전기 전도도가 순차적으로 증가한다는 것을 알 수 있습니다.

에이징 처리는 단조품의 특성을 제어하는 핵심 열처리 공정이기 때문입니다.

2단계 노화 과정에서 7050 알루미늄 합금의 침전 순서는 과포화 고용체 → G.P. 영역 → η' 상 → η 상입니다.

2차 노화 동안 크기가 큰 G.P. 영역은 η' 상으로 변하며, 2차 노화 시간이 길어짐에 따라 G.P. 영역의 함량이 감소하고 η' 상 함량이 증가하며 동시에 강도가 감소하고 전기 전도도가 증가합니다.

단조품의 상온 인장 특성에 대한 네 가지 열처리 시스템의 영향.

네 가지 열처리 시스템으로 가공된 7050 알루미늄 합금 대형 단조의 상온 인장 특성은 표 5에 나와 있습니다.

표 5 단조 A, 단조 B, 단조 C 및 단조 D의 실온 인장 특성.

단조 A와 단조 B의 상온 인장 데이터를 비교하면 용액 온도가 471℃에서 477℃로 증가함에 따라 강도가 약 20MPa 감소하는 것을 확인할 수 있습니다.

이 온도 범위에서는 재결정화 효과가 지배적이며 재결정화 과정이 전적으로 입자 정제 과정이 아니기 때문입니다.

노화 온도가 용액 처리 온도보다 훨씬 낮기 때문에 노화 과정에서 고용체 처리 후 합금 입자의 형태와 전위 구성이 약하게 변할 수 있습니다.

따라서 고용체 처리 후 재결정화 비율이 높으면 재료의 전위 밀도가 감소하여 합금의 강도가 감소합니다.

그 중 471℃의 용액 온도에서 단조 B의 가로 항복 강도가 너무 높아 단조의 응력 부식 민감도 계수(세로 항복 강도-12 × 전기 전도도)에 영향을 미칩니다.

일반적으로 횡방향 항복 강도가 490MPa보다 크면 응력 부식 민감도 계수가 부적합합니다.

단조 B, 단조 C, 단조 D의 상온 인장 데이터를 비교하면 2차 노화 시간이 길어질수록 단조품의 강도가 감소하는 경향이 있음을 알 수 있습니다.

그러나 단조 D의 강도는 이미 한계에 다다랐고 여유가 없어 불합격이 되기 쉽습니다. 2차 노화 과정에서 임계 크기보다 큰 G.P 영역의 함량이 증가하여 η' 상이 형성되고 합금이 과도하게 노화되어 합금의 강도가 감소합니다.

단조 전기 전도도, 강도 및 응력 부식 민감도 계수 간의 관계.

전기 전도도는 빠른 테스트, 비파괴, 쉬운 측정이라는 장점이 있기 때문에 실제 생산에서 합금의 일부 기계적 특성을 추정하는 데 사용할 수 있습니다.

과거 생산 공정의 성능 데이터를 요약하여 전기 전도도 범위에 해당하는 강도 성능 데이터를 표 6에 정리했습니다.

표 6 강도 및 전기 전도도 데이터 요약.

표 6에서 전도도, 강도 및 응력 부식 민감도 계수 성능 간에 일치하는 관계가 있음을 알 수 있습니다.

강도가 높은 단조품의 경우 단조품의 전도도를 22.5-24.5mS/m 범위 내에서 제어할 수 있습니다.

응력 부식 계수에 대한 요구 사항이 있는 단조의 경우 전도도를 22.5-23.5mS/m 범위 내에서 제어해야 합니다. 단조품의 강도와 응력 부식 계수는 모두 표준 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

7050 알루미늄 합금에서 2단계 노화 시간이 연장됨에 따라 결정립에 침전된 η(MgZn2) 평형상이 더욱 균일해지고 결정립 경계의 침전상이 불연속적이고 거칠어집니다.

입자 경계와 매트릭스 사이의 전위차로 인한 전기 화학적 부식이 감소하여 7050 알루미늄 합금의 박리 방지 부식 성능이 향상됩니다.

2단계 노화 시간이 증가함에 따라 전도도도 증가합니다. 따라서 일상적인 생산에서는 강도 요구 사항을 충족하면서 단조품의 더 나은 박리 방지 부식 성능을 충족하도록 약간 더 높은 전도도를 제어할 수 있습니다.

의 상관 관계는 알루미늄의 전도성 합금과 그 기계적 특성 중 일부가 발견되었지만, 이러한 상관관계 중 일부의 본질적인 연관성이 무엇인지 아직 명확하지 않습니다.

따라서 분석하고 요약하려면 여전히 많은 양의 실제 생산 데이터가 필요합니다.

결론

용액 온도가 471°C에서 477°C로 상승하면 단조품의 강도가 감소하고 전도도가 증가합니다.

2단계 노화 시간이 연장됨에 따라 단조품의 강도가 감소하고 전도도가 증가하며 박리 방지 부식 성능이 향상됩니다.

전도도를 22.5-23.5mS/m 범위 내에서 제어하면 단조품의 강도 및 응력 부식 민감도 요건을 동시에 충족할 수 있습니다.

실제 생산 시 단조품의 기계적 특성은 전도도를 통해 유추할 수 있습니다.