La aleación de aluminio 7050 es un tipo de aleación de Al-Zn-Mg-Cu desarrollada por Alcoa Corporation en la década de 1970 mediante la regulación de componentes de la aleación de aluminio 7075.
El Zn y el Mg en la aleación de aluminio 7050 pueden formar un fuerte efecto de envejecimiento de la fase MgZn2, que es la principal fase de fortalecimiento de la aleación de aluminio de alta resistencia, lo que mejora significativamente la resistencia de la aleación de aluminio 7050.
El Cu puede reducir la diferencia de potencial entre los límites de los granos y las regiones intracristalinas, suprimir su susceptibilidad al agrietamiento intergranular y ampliar el rango de temperatura estable de las zonas GP, haciendo que la aleación sea menos propensa al envejecimiento excesivo.
Zr tiene un buen efecto al aumentar la temperatura de recristalización y refinar el tamaño de grano de la aleación, y puede mantener la estabilidad de Zn, Mg y Cu en solución sólida, reduciendo significativamente la sensibilidad de enfriamiento de la aleación de aluminio 7050.
En la actualidad, es difícil lograr un nivel técnico estable de las propiedades del material después del tratamiento térmico para el material de aleación de aluminio 7050, y a menudo hay casos de conductividad eléctrica no coincidente en la producción real.
La conductividad eléctrica no puede equipararse con la resistencia a la corrosión bajo tensión y los factores de sensibilidad.
Por lo tanto, es muy importante encontrar los factores que influyen en el proceso de tratamiento térmico sobre la conductividad eléctrica y hacer coincidir la conductividad eléctrica de las piezas forjadas con otras propiedades.
Materiales y métodos de prueba.
(1) En este artículo, se utilizó material cuadrado de aleación de aluminio 7050 y su composición química estandarizada se muestra en la Tabla 1.
Tabla 1 Composición química (fracción de masa,%) de la aleación de aluminio 7050.
| encender | 7050 |
| Alabama | restante |
| zinc | 5,7 ~ 6,7 |
| Culo | 2,0 ~ 2,6 |
| mg | 1,9 ~ 2,6 |
| Sí | <0,12 |
| zr | 0,08~0,15 |
| Tú | <0,06 |
| Fe | <0,15 |
| Minnesota | <0,10 |
| cr | <0,04 |
| Otro | <0,15 |
(2) Dimensiones de forja. Las dimensiones de forjado y el espesor efectivo se muestran en la Tabla 2.
Tabla 2 Dimensiones de forjado y espesor efectivo.
| Tamaño de forja | Espesor efectivo de forjados. |
| 550 mm × 295 mm × 174 mm | 174mm |
(3) El sistema de tratamiento térmico se muestra en la Tabla 3. La precisión del equipo utilizado en el proceso de tratamiento térmico es de ±3°C.
Tabla 3 Sistema de tratamiento térmico para aleación de aluminio 7050 T7452.
| Estado del tratamiento térmico | numero falsificado | Solución sólida | Deformación en frío | Oportunidad de primer nivel | Oportunidad secundaria |
| T7452 | A | 477℃×65h, Enfriado hidráulicamente |
2%~3% | 121℃×6h, Aire enfriado |
175 ℃ × 8 h, Aire enfriado |
| B | 471℃×65h, Enfriado hidráulicamente |
2%~3% | 121℃×6h, Aire enfriado |
175 ℃ × 8 h, Aire enfriado |
|
| W. | 471 ℃ × 6,5 h, Enfriado hidráulicamente |
2%~3% | 121℃×6h, Aire enfriado |
175 ℃ × 10 h, Aire enfriado |
|
| D | 471℃×65h, Enfriado hidráulicamente |
2%~3% | 121℃×6h, Aire enfriado |
175 ℃ × 12 h, Aire enfriado |
Para investigar las cuestiones anteriores, basándose en la producción, se diseñaron cuatro conjuntos de planes experimentales. El sistema de tratamiento térmico de la forja A y la forja B cambia la temperatura de la solución, mientras que las demás permanecen sin cambios; El sistema de tratamiento térmico de forja B, forja C y forja D aumenta el tiempo de envejecimiento secundario en 2 horas cada vez, mientras que los demás parámetros permanecen sin cambios.
Resultados experimentales y análisis
La influencia de cuatro sistemas de tratamiento térmico sobre la conductividad eléctrica de piezas forjadas.
La conductividad eléctrica de la aleación de aluminio 7050 se ve afectada principalmente por el grado de aleación, la recristalización de la matriz y la precipitación de solutos en la solución sólida durante el tratamiento de la solución y el proceso de envejecimiento.
En este estudio, se utilizaron cuatro sistemas de tratamiento térmico para tratar las piezas forjadas y se midió la conductividad eléctrica en cinco puntos de cada pieza forjada utilizando un medidor de conductividad eléctrica del tipo de corrientes parásitas, como se muestra en la Tabla 4.
Tabla 4 Conductividad eléctrica/(mS/m) de cuatro grupos de forjados.
| numero falsificado | Resultado de la prueba | ||||
| Posición 1 | Posición 2 | Posición 3 | Posición 4 | Posición 5 | |
| A | 23.01 | 23.16 | 23.14 | 22:95 | 22,99 |
| B | 22,66 | 22:36 | 22:56 | 22:31 | 22:28 |
| W. | 23:35 | 23:32 | 23.29 | 23.42 | 23.12 |
| D | 23,5 | 23,5 | 23.8 | 23.6 | 23.6 |
Durante el tratamiento en solución de aleaciones de aluminio, ocurren dos procesos principales, que son la disolución del exceso de fases y la recristalización de la matriz. Estos son también los principales factores que afectan la conductividad eléctrica durante el proceso de tratamiento de la solución.
La disolución de fases sobrantes consiste en disolver al máximo los átomos de soluto en la matriz, formando una solución sólida sobresaturada, preparándose para la precipitación de la fase de fortalecimiento durante el proceso de envejecimiento.
La aleación de aluminio 7050 tiene un alto contenido de elementos de aleación y una estructura interna compleja, con diferentes tipos de fases eutécticas en la aleación, como T(AlZnMgCu), S(Al2CuMg), η(MgZn2) y Al7Cu2Fe.
Según los informes de la literatura, a una temperatura de solución de 471 °C, parte de la fase T se funde parcialmente en la matriz, pero todavía hay una pequeña cantidad de fase S en la matriz; cuando la temperatura de la solución es de 477°C, todavía se puede detectar la fase S en la aleación.
Dentro de un cierto rango, el grado de solución sólida de las piezas forjadas aumenta al aumentar la temperatura de la solución.
Cuando la temperatura de la solución aumenta de 471°C a 477°C, la estructura deformada disminuye y la estructura recristalizada aumenta.
Además, cuanto mayor es la temperatura de la solución, más rápido aumenta el porcentaje de recristalización de la aleación y la influencia de la recristalización sobre la conductividad eléctrica es mayor que la de los átomos de soluto que se disuelven en la matriz.
Al comparar la conductividad eléctrica de la forja B y la forja A, se encuentra que la conductividad eléctrica aumenta a medida que la temperatura de la solución aumenta de 471 °C a 477 °C.
Esto se debe a que cuanto mayor es la temperatura de la solución, más rápido aumenta el porcentaje de recristalización de la aleación y, en este momento, la influencia de la recristalización en la conductividad eléctrica de la aleación es mayor que la de los átomos de soluto que se disuelven en la solución. matriz, lo que resulta en un aumento de la conductividad eléctrica.
Al comparar la conductividad eléctrica de la forja B, la forja C y la forja D, se puede encontrar que la conductividad eléctrica de las forjadas aumenta secuencialmente a medida que se alarga el tiempo de envejecimiento secundario.
Esto se debe a que el tratamiento de envejecimiento es un proceso de tratamiento térmico clave que controla las propiedades de las piezas forjadas.
La secuencia de precipitación de la aleación de aluminio 7050 durante el proceso de envejecimiento de dos etapas es: solución sólida sobresaturada → zonas GP → fase η' → fase η.
Durante el envejecimiento secundario, las zonas GP más grandes se transforman en la fase η', y con la extensión del tiempo de envejecimiento secundario, el contenido de las zonas GP disminuye, el contenido de la fase η' aumenta y, al mismo tiempo, la resistencia disminuye y la conductividad eléctrica aumenta.
El efecto de cuatro sistemas de tratamiento térmico sobre las propiedades de tracción de las piezas forjadas a temperatura ambiente.
En la Tabla 5 se muestran las propiedades de tracción a temperatura ambiente de grandes piezas forjadas de aleación de aluminio 7050 procesadas por cuatro sistemas de tratamiento térmico.
Tabla 5 Propiedades de tracción a temperatura ambiente de la forja A, la forja B, la forja C y la forja D.
| Forjar | Resistencia a la tracción /MPa |
Fuerza de producción /MPa |
Extensión /5D (%) |
dirección de la muestra |
| A | 521 | 488 | 13.0 | I |
| 503 | 445 | 12.5 | ||
| 499 | 456 | 6.0 | LT | |
| 501 | 476 | 6.5 | ||
| 486 | 412 | 5.0 | CALLE | |
| 484 | 414 | 6.0 | ||
| 470/460/450 | 400/385/360 | 08/04/3 | estándar | |
| B | 538 | 500 | 13.5 | I |
| 519 | 479 | 12.5 | ||
| 523 | 477 | 10.0 | LT | |
| 542 | 500 | 10.5 | ||
| 507 | 463 | 4.5 | CALLE | |
| 508 | 463 | 4.5 | ||
| 470/460/450 | 400/385/360 | 08/04/3 | estándar | |
| W. | 502 | 415 | 12.5 | I |
| 511 | 422 | 13.0 | ||
| 504 | 452 | 8.5L | LT | |
| 519 | 471 | 6.5 | ||
| 501 | 438 | 8.5S | CALLE | |
| 515 | 452 | 8.5 | ||
| 470/460/450 | 400/385/360 | 08/04/3 | estándar | |
| D | 491 | 416 | 13.5 | I |
| 489 | 416 | 14.0 | ||
| 476 | 385 | 10.5L | LT | |
| 471 | 387 | 11.5 | ||
| 464 | 370 | 8.5 | CALLE | |
| 476 | 389 | Siete | ||
| 470/460/450 | 400/385/360 | 08/04/3 | estándar |
Al comparar los datos de tracción a temperatura ambiente de la forja A y la forja B, se puede encontrar que la resistencia disminuye en aproximadamente 20 MPa a medida que la temperatura de la solución aumenta de 471 °C a 477 °C.
Esto se debe a que en este rango de temperaturas domina el efecto de recristalización y el proceso de recristalización no es enteramente un proceso de refinamiento del grano.
Debido a que la temperatura de envejecimiento es mucho más baja que la temperatura de tratamiento de la solución, la morfología y la configuración de dislocación de los granos de aleación después del tratamiento con la solución sólida pueden cambiar débilmente durante el proceso de envejecimiento.
Por lo tanto, si el porcentaje de recristalización es alto después del tratamiento con solución sólida, la densidad de dislocaciones en el material disminuirá, lo que dará como resultado una disminución en la resistencia de la aleación.
Entre ellos, el límite elástico transversal de la forja B a una temperatura de solución de 471 ℃ es muy alto, lo que afectará el factor de sensibilidad a la corrosión bajo tensión de la forja (límite elástico longitudinal - 12 × conductividad eléctrica).
Generalmente, si el límite elástico transversal es superior a 490 MPa, el factor de sensibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión no está calificado.
Al comparar los datos de tracción a temperatura ambiente de la forja B, la forja C y la forja D, se puede encontrar que la resistencia de las forjadas tiende a disminuir a medida que se alarga el tiempo de envejecimiento secundario.
Sin embargo, la resistencia del forjado D ya fue llevada al límite, sin margen, facilitando la descalificación. Durante el proceso de envejecimiento secundario, el contenido de zonas GP mayores que el tamaño crítico aumenta, formando así la fase η', y la aleación envejece demasiado, lo que resulta en una disminución de la resistencia de la aleación.
La relación entre la conductividad eléctrica de la forja, la resistencia y el factor de sensibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión.
Como la conductividad eléctrica tiene las ventajas de ser una prueba rápida, no destructiva y fácil de medir, se puede utilizar para estimar algunas propiedades mecánicas de la aleación en la producción real.
Al resumir los datos de rendimiento de procesos de producción anteriores, los datos de rendimiento de resistencia correspondientes al rango de conductividad eléctrica se resumen en la Tabla 6.
Tabla 6 Resumen de datos de resistencia eléctrica y conductividad.
| Rango de resistencia a la tracción /MPa |
Rango de límite de ingresos /MPa |
dirección de la muestra | Rango de conductividad /(mS/m) |
| 500~552 | 490~507 | I | 22,5~24,5 |
| 498~542 | 462~506 | LT | |
| 480~510 | 403~474 | CALLE | |
| 495~535 | 490~510 | I | 22,5~23,5 |
| 481~530 | 409~487 | LT | |
| 473~505 | 370~446 | CALLE |
En la Tabla 6 se puede observar que existe una relación de correspondencia entre el desempeño del factor de conductividad, la resistencia y la sensibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión.
Para piezas forjadas con requisitos de alta resistencia, la conductividad de las piezas forjadas se puede controlar dentro del rango de 22,5-24,5 mS/m.
Para piezas forjadas con requisitos de factor de corrosión bajo tensión, la conductividad debe controlarse dentro del rango de 22,5-23,5 mS/m. Tanto los factores de resistencia como de corrosión por tensión de las piezas forjadas pueden cumplir con los requisitos estándar.
Con la extensión del tiempo de envejecimiento de la segunda etapa en la aleación de aluminio 7050, la fase de equilibrio η (MgZn2) precipitada en el grano se vuelve más uniforme y la fase de precipitación en el límite del grano se vuelve discontinua y gruesa.
Se reduce la corrosión electroquímica causada por la diferencia de potencial entre el límite del grano y la matriz, mejorando así el rendimiento anticorrosión de la aleación de aluminio 7050.
A medida que aumenta el tiempo de envejecimiento de la segunda etapa, también aumenta la conductividad. Por lo tanto, en la producción diaria, se puede controlar una conductividad ligeramente mayor para lograr el mejor rendimiento anticorrosión de las piezas forjadas y al mismo tiempo cumplir con los requisitos de resistencia.
Aunque se ha descubierto la correlación entre la conductividad de la aleación de aluminio y algunas de sus propiedades mecánicas, aún no está claro cuál es el vínculo intrínseco de algunas de estas correlaciones.
Por lo tanto, todavía se necesita una gran cantidad de datos de producción reales para analizarlos y resumirlos.
Conclusión
⑴ Cuando la temperatura de la solución aumenta de 471 °C a 477 °C, la resistencia de las forjas disminuye y la conductividad aumenta.
⑵ Con la extensión del tiempo de envejecimiento de la segunda etapa, la resistencia de las piezas forjadas disminuye, la conductividad aumenta y el rendimiento anticorrosión y antipelado mejora.
⑶ Cuando la conductividad se controla dentro del rango de 22,5-23,5 mS/m, los requisitos de resistencia y los factores sensibles a la corrosión por tensión de las piezas forjadas se pueden cumplir simultáneamente.
⑷ En la producción real, las propiedades mecánicas de las piezas forjadas se pueden deducir de su conductividad.
