孔淑萍,朱庆丰，3,凌 放,孙 上,左玉波

(1.东北大学 材料电磁过程研究教育部重点实验室,辽宁 沈阳 110819； 2.东北大学 材料科学与工程学院,辽宁 沈阳 110819； 3.材料先进制备技术教育部工程研究中心，辽宁 沈阳 110819)

2×××系铝合金又称Al-Cu-Mg系合金，具有良好的综合性能，被广泛应用于航天航空工业[1]。从20世纪30年代2024-T3铝合金在飞机上得到成功应用以来，不断有新的2×××铝合金被开发注册。在2024铝合金的基础上，通过降低Fe、Si含量，美国铝业公司于1970年开发了韧性更好的2124铝合金。1978年通过进一步降低Fe、Si含量，限制Cu元素，开发了2224铝合金，已经用于制造波音767等飞机的结构件。1995年又开发出综合性能更好的2524铝合金，该合金已于1999年起，用于制造欧洲空客公司的A340-600型客机[2]。美铝公司于1999年注册了2026铝合金，通过优化合金元素和增加Zr元素，进一步提高了合金的综合性能，其疲劳强度和断裂韧性较2024铝合金有较大程度的提高，是飞机下翼面桁条的挤压型材的理想材料。我国研制ARJ2l-700采用了2026铝合金[3]。

2026铝合金作为一种新合金已经获得了较广泛的研究，Li[4]等人研究了2026铝合金的疲劳性能，发现粗大含Fe相的附近容易萌生疲劳裂纹，而不同再结晶程度的晶界特征对疲劳裂纹的扩展有不同的影响。Lam D F[5]等人研究了2026铝合金T3511状态的拉伸性能，发现样品宽度的增加通常会导致应变集中系数的增加。Jiang D B[6]等人研究了均匀化退火对2026铝合金组织的影响，明确了该合金的最优均匀化退火工艺。2026铝合金高温压缩热变形行为也获得了广泛的研究[7-10]，这些研究明确了该合金的最优成形工艺。

尽管上述研究围绕着合金组织与性能之间的关系及形变热处理制度开展了较为广泛的研究，并取得了很多有价值的结果，但2026铝合金作为一种新合金，其变形及热处理制度的研究还不够系统。固溶工艺是决定可时效强化铝合金组织特征的重要环节，直接影响着合金最终性能。固溶制度的选择既要获得尽可能多的过饱和固溶体又要避免过烧，同时还要调控合金的再结晶程度。已有大量科研工作者对不同合金的固溶工艺开展了较为详细的研究，并发现固溶工艺对合金的组织及性能有明显的影响。朱冉冉[11]等人研究单级固溶处理对7136铝合金的影响，试验出对7136铝合金来说较为适宜的固溶制度。李华冠[12]研究固溶处理对新型铝锂合金的组织与性能影响，指出随着固溶温度的升高，合金弥散的析出相长大，抗拉强度和屈服强度升高，韧性下降。李俊[13]等人研究了不同双级固溶处理对2A14铝合金力学性能及组织的影响，获得了较高程度的过饱和固溶体，仅发生了部分再结晶，获得最佳工艺。但有关2026铝合金固溶制度研究的相关报道仍比较少，本试验主要研究固溶温度对2026铝合金组织及自然时效后性能的影响，旨在为高质量2026铝合金材料制备提供技术支持。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

试验材料为2026铝合金铸锭经均匀化退火、挤压变形后得到的棒材。其均匀化退火温度为465 ℃，保温30 h，挤压速度为60 mm/min，挤压过程中挤压筒的温度为440 ℃，挤压比为28.7，挤压后的棒材直径为28 mm。用直读光谱仪测得合金的成分如表1所示。

表1 2026铝合金的实测成分(质量分数/%)Table 1 Measured composition of 2026 aluminum alloy(wt/%)

1.2 试验方法

将挤压棒材连续锯切成120 mm长的小段，在井式退火炉中进行固溶处理，用测温偶检测试样温度。当试样温度达到设定温度开始计时，保温1 h后，将试样迅速取出并进行淬火，淬火水温为20 ℃，淬火转移时间小于15 s。通过改变固溶温度明确试样的再结晶及过烧情况，将具体的固溶温度分别设定为480 ℃、500 ℃、510 ℃、520 ℃、535 ℃、540 ℃、545 ℃、550 ℃、555 ℃。对固溶淬火后的试样进行微观组织观察，在圆棒试样1/2半径处取金相试样，经过粗抛、精抛后用OlympusBX53-P偏光显微镜观察试样的过烧情况，对试样进行阳极覆膜，观察试样的再结晶情况。

将淬火后的试样经过40 d的自然时效后加工成如图1所示的标准拉伸试样。每组试验取3个标准拉伸试样，并用100 kN电子万能试验机测试试样的拉伸性能，拉伸结果取平均值，拉伸方向为挤压方向，速率设定为2 mm/min。

图1 拉伸试样尺寸图(单位：mm)Fig.1 Schematic diagram of a tensile sample

2 试验结果

2.1 微观组织

图2为不同固溶温度处理、淬火后试样1/2半径处径向的偏光组织。由图2可以看出，不同的固溶处理温度条件下试样的偏光组织存在较大的差异。当固溶温度在480 ℃～535 ℃范围内时，试样的偏光组织呈纤维状，没有明显的再结晶现象，如图2a～e及图2e中A区域对应的高倍照片图3a所示；当固溶温度在540 ℃～545 ℃范围内时，试样的偏光组织仍主要呈纤维状，但部分纤维状组织已经发生了局部再结晶现象，如图2f～g及图3g中B区域对应的高倍照片图3b所示；当固溶温度在550 ℃～555 ℃范围内时，发生明显再结晶现象，晶粒较为粗大，且在555 ℃发生完全再结晶，如图2h～i及图2i中C区域对应的高倍照片图3c所示。

图2 2026铝合金棒材经不同固溶温度保温1 h、淬火后的偏光组织Fig.2 Polarization microstructure of 2026 Al alloy bar sample at different solution temperatures holding 1h after quenching

图3 图2局部放大的偏光图Fig.3 Partially enlarged polarization figures of Fig. 2

图4为不同温度固溶处理后试样1/2半径处径向的金相显微组织。由图4可以看出，不同的固溶处理温度条件下试样的微观组织存在较大的差异。当固溶温度在480 ℃～510 ℃范围内时，可以看到残余相大面积的回溶，灰白片状物(图5a中的标注1)随着温度的升高而减少，可以从图4中a、c中 A、B区域对应的高倍照片图5a、b中看出，利用Image-Proplus 6.0软件统计其残余相的所占面积，其残余相的所占面积百分比由480 ℃的1.8%下降到510 ℃的0.6%；当固溶温度为520 ℃时，合金开始发生过烧，出现复熔球如图4d所示，经测量这些复熔球的直径在5 μm～10 μm之间，随着温度的升高，复熔球直径的尺寸有明显的变大，过烧现象加剧；当固溶温度为555 ℃时，如图4i中C区域对应的高倍照片图5c中所示，复熔球直径可达15 μm(图5c中的标注2)，同时还出现晶界变粗(图5c中标注3)，以及三角形晶界的现象。

图4 2026铝合金棒材不同固溶温度保温1 h、淬火后的金相组织Fig.4 Microstructures of 2026 Al alloy rod at different solid solution temperatures holding 1h after quenching

图5 图4局部放大的显微图Fig.5 Partially enlarged micrograph of Fig. 4

2.2 拉伸性能

不同温度固溶试样经淬火和40 d自然时效后的拉伸性能如图6所示。由图6可以看出，随着固溶温度的升高，合金的强度及伸长率先升高，再持平，后下降。当固溶温度由480 ℃升高到510 ℃，合金的屈服强度由342 N/mm2提高到406 N/mm2，抗拉强度由507 N/mm2提高到589 N/mm2，伸长率由16.1%提升到17.1%；当固溶温度510 ℃～545 ℃时，试样强度变化并不明显，屈服强度在395 N/mm2～409 N/mm2波动，抗拉强度在567 N/mm2～588 N/mm2波动，伸长率由17.1%下降到14.6%；固溶温度提高至555 ℃，试样的屈服强度为342 N/mm2，抗拉强度为481 N/mm2，伸长率为10.1%。

图6 拉伸性能随固溶温度的变化曲线Fig.6 The variation curves of tensile properties with solution temperature

3 分析与讨论

当挤压温度低于再结晶温度时，铝合金挤压变形后会形成纤维状组织，在基体内还会存在一些析出相和残余相。在固溶过程中，随着固溶温度的升高纤维状组织会发生回复和再结晶[14]，而析出相和残余相则会发生回溶或局部熔化(过烧)，因此固溶温度直接影响合金的再结晶程度、固溶量和过烧程度。本试验条件下，2026铝合金试样当固溶温度达到540 ℃时，开始发生局部再结晶；当固溶温度达到550 ℃时，试样发生比较完全的再结晶；当固溶温度为520 ℃时，残余相开始熔化形成小尺寸复熔球；当固溶温度升至555 ℃时，复熔球的数量尺寸开始增大。对于本试验条件下的2026铝合金棒材通过调控固溶温度无法获得无过烧相的再结晶组织。

2026铝合金固溶时效后的拉伸性能受基体再结晶程度、过烧程度和析出相数量等因素的影响。再结晶降低了合金的形变储能，可以提高塑性，但会降低强度。析出相数量的增加提高合金的强度，但会降低塑性。过烧相对合金的危害与其形状和尺寸有关，由于拉伸过程的加工硬化现象，当过烧相尺寸较小时不会对拉伸性能有明显影响[15]，当过烧相尺寸较大且数量较多时则会显著降低拉伸性能。本试验条件下，随着固溶温度的提高，铝基体中溶质元素的溶解度增加，更多的溶质元素溶入基体中，在后续的时效过程中可以析出更多的强化相，有利于提高强度。随着固溶温度的提高，2026铝合金通过回复再结晶释放形变储能，会在一定程度下降低合金的强度。尽管当固溶温度为520 ℃时，试样发生了轻微过烧，但其对强度的影响有限，而固溶量增加对强度的增加效果明显，因此当固溶温度由480 ℃升至520 ℃，合金的强度增加。当固溶温度在520 ℃～545 ℃时，随着固溶温度的升高一方面元素固溶量增加有利于增加强度，另一方面复熔球的数量增加不利于增加强度，二者综合作用下，强度在一定范围内波动。温度升至555 ℃时，试样的复熔球数量和尺寸明显增加，过烧缺陷对拉伸性能的影响占主导，合金的强度和塑性均明显降低。

4 结 论

1)2026铝合金挤压棒材经520 ℃1 h固溶后发生轻微过烧并出现复熔球，继续提高固溶温度过烧相的数量和尺寸增加；当固溶温度提高到555 ℃时复熔球直径可达15 μm，并出现复熔的三角晶界。

2)2026铝合金挤压棒材经540 ℃1 h固溶后发生较明显的局部再结晶，经555 ℃1 h固溶后发生完全再结晶。

3)不同温度(480 ℃～555 ℃)固溶、淬火后的2026铝合金挤压棒材经40 d的自然时效后，试样的屈服强度和抗拉强度先从480 ℃固溶时的342 N/mm2和507 N/mm2增加到510 ℃固溶时的406 N/mm2和589 N/mm2，再降低至555 ℃时的342 N/mm2和481 N/mm2。伸长率由480 ℃固溶时的16.1%增加至510 ℃固溶时的17.1%，再降至555 ℃固溶时的10.1%。最佳固溶制度为510 ℃1 h。