南 洋，王瑞东，刘扬涛，何振波*，郭奉斌

（1.沈阳中复科金压力容器有限公司，辽宁 沈阳 110141；2.航桥新材料科技（滨州）有限公司，山东 滨州 256600）

沈阳中复科金压力容器有限公司致力于解决新材料带来的新问题。铝合金中Fe元素形成的脆性相及Cu元素形成的S相，降低了材料的断裂韧性，特别在高强度的7060铝合金中，严重影响了铝合金无缝气瓶的疲劳性能。在铝合金铸锭内Fe元素的含量一定的情况下，如何通过铸锭热处理工艺改进，制造出满足产品安全性能要求的铝合金无缝气瓶是生产厂家需要解决的一个问题。

1 试验用材

试验用7060铝合金铸锭由航桥新材料科技（滨州）有限公司提供，化学成分满足标准ISO 7866：2012《气瓶-可重复充装铝合金无缝气瓶-设计，结构和试验》的要求，铸棒的化学成分实测值如表1所示。

表1 实验用7060铝合金铸锭化学元素

2 铝合金铸锭的传统均匀化工艺研究

（1）实验用铝棒采用传统工艺进行均质化退火。首批气瓶样品经过合理的热处理后，进行压力循环试验，试验结果不满足标准要求，样品瓶泄露后对铝瓶断口进行分析。

（2）对断口进行SEM高倍扫描，如图1所示，能观察到裂纹处分布大量白色颗粒状第二相（图中圆圈标记）。

（3）对图1中圆圈内1点做能谱分析，其成分结果如表2。

表2 点1主要元素含量

通过点1能谱分析结果，能够认为裂纹处广泛分布的第二相为Al7Cu2Fe相，故推测在合金晶界面上断续分布的脆性金属间化合物Al7Cu2Fe相为开裂主要原因，在变形过程中产生该相促进产生微孔聚合型沿晶断裂。

图1 铝瓶断口SEM高倍扫描

3 铸锭均匀化热处理工艺优化

3.1 DSC扫描

对铝合金铸锭进行DSC分析，由扫描结果（如图2）可知，该合金铸锭中在476.97℃、486.08℃及552.05℃位置出现明显的吸热峰，在保证铸锭中低熔点相不过烧的前提下，在接近470℃的温度下长时间保温，可以保证低熔点相的完全回溶，在此基础上进一步提高均热温度，可进一步减少铸锭中未溶相的尺寸及数量。

图2 DSC扫描结果

表3 不同工艺下进行二次均热的铝瓶疲劳性能对比

3.2 均匀化退火工艺的优化

通过铸锭DSC分析结果可知，7060铸锭中主要含有三类熔点不同的相，470℃单级均匀化可将熔点最低的相回溶，在此基础上进行温度更高的二次均热，可将熔点更高的相回溶基体，从而进一步提高合金的疲劳性能。

通过以上试验结果，拟定在原始均匀化退火工艺的基础上进行二次均质化退火，工艺如图3。

图3 7060铝棒采用的二次均热工艺

经过二次均热后，7060铸锭晶界第二相变化较小，尺寸未见明显减小，而晶内的微米级第二相明显减少，回溶效果明显，金相对比如图4。

图4 7060铸锭二次均热前后的金相对比

4 气瓶疲劳性能的验证

（1）按国际标准ISO 7866：2012《气瓶-可重复充装铝合金无缝气瓶-设计，结构和试验》的要求设计7060材料的铝合金无缝气瓶，选用相同设计、同一批次生产的气瓶进行按标准要求进行压力循环试验。

（2）采用相同的固溶处理工艺，不同的时效处理工艺对该批次铝瓶进行处理，使用经过两种工艺处理过的铸锭，疲劳试验次数对比如表3。

疲劳试验过程中，粗大第二相会对合金的疲劳性能产生较大影响，从金相结果可知，二次均热后，合金晶内微米级尺寸较大第二相已全部回溶，从而减少了在试验过程中因该类第二相的存在而产生应力集中现象。同时随着合金时效程度的增加，有利于疲劳性能的进一步提升。合金经三级时效制度处理后，晶内析出相析出均匀、弥散且析出相尺寸更为细小，使得合金性能均匀，有利于疲劳性能的进一步提升。

5 结论

（1）7060铝合金铸棒内含有大量的第二相，会导致产品脆性增大，对气瓶的疲劳性能有害。

（2）采用475℃的长时间二次均热后，7060铝合金晶界大尺寸相变化不明显，但晶内微米级析出相全部回溶，有利于气瓶疲劳性能的改善，同时采用三级时效制度，可进一步提高气瓶的疲劳性能。