熱處理對7075鋁合金組織和性能的影響

1、熱處理對7075鋁合金組織和性能的影響摘要：對7075鋁合金進(jìn)行了固溶和單級時效處理，研究了單級時效對鋁合金組織和性能的影響，結(jié)果表明鋁合金經(jīng)單級時效后纖維組織消失，在晶界處生成第二相粒子。鋁合金顯微硬度的峰值時效溫度為120，時間為16h，硬度為220HV。120/24h時效后合金的峰值強(qiáng)度為680.5MPa。本研究中主要闡述熱處理對7075鋁合金組織和性能的影響。關(guān)鍵詞：熱處理；7075鋁合金；組織性能引言近些年來,鋁合金的發(fā)展歷程先后經(jīng)歷了由單一的追求高強(qiáng)度到追求高強(qiáng)耐腐蝕，再到追求高強(qiáng)高韌耐腐蝕性能，又到高強(qiáng)高韌耐腐蝕抗疲勞，最終到現(xiàn)在的追求高淬透性高綜合性能五個發(fā)展階段。然后發(fā)展方向

2、卻集中在以滿足高強(qiáng)高韌鋁合金的航空航天領(lǐng)域以及適用于各種使用條件的民用鋁合金領(lǐng)域。當(dāng)前對于鋁合金強(qiáng)韌化以及耐蝕性的研究已經(jīng)成為了重中之重，相信隨著綜合性能的提高，鋁合金在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的運(yùn)用將更加廣泛。1、7xxx系鋁合金概述7xxx鋁合金是以Al-Zn-Mg和Al-Zn-Mg-Cu合金為主的一種超高強(qiáng)度鋁合金，它是超高系列鋁合金的最主要代表，F(xiàn)e和Si是7xxx鋁合金的主要有害雜質(zhì)。較2xxx高強(qiáng)度鋁合金在強(qiáng)度和硬度方面高出許多。屬于熱處理可強(qiáng)化的合金。該系鋁合金具有強(qiáng)度高、密度小、易加工、焊接性能良好等優(yōu)良特點(diǎn)，并且一般耐蝕性較好，因此在航空航天工業(yè)、車輛、建筑、橋梁、工兵裝備及大型壓力容

3、器方面得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)階段7xxx鋁合金的研究主要集中在通過調(diào)節(jié)合金化元素和優(yōu)化熱處理工藝來得到高強(qiáng)高韌耐腐蝕的綜合性能1。這也是本文的研究方向的出發(fā)點(diǎn)。該系代表合金如7005、7050、7075等。2、試驗(yàn)材料與方法試驗(yàn)材料為7075鋁合金，將鋁合金(尺寸為20mmX20mmX160mm)在鹽浴中進(jìn)行固溶處理，處理工藝為480/2h鋁合金固溶處理后在試驗(yàn)箱中進(jìn)行單級時效處理，時效溫度分別為100,120,150，時效時間為0-48h。將試樣按國標(biāo)GB/T228-2010用線切割加工成拉伸試樣，用酒精超聲清洗去除表面油污，在MT810萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸強(qiáng)度測試，取5個試樣的平均值;采用掃

4、描電鏡觀察拉伸斷口形貌;金相試樣依次用400#,800#,1000#和1200#砂紙打磨平整，用0.05um的A1203拋光液進(jìn)行拋光處理，經(jīng)5%的硝酸酒精溶液浸蝕，采用POLYVAR.MET金相顯微鏡觀察金相組織;采用MicroMet2104顯微硬度計(jì)對試樣進(jìn)行顯微硬度測試，每個Si含量試樣取五個點(diǎn)進(jìn)行測量取平均值2。3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法3.1初級樣品的制備本實(shí)驗(yàn)所用常規(guī)7075鋁合金采用鑄錠冶金法制備，將鋁錠和鎂塊以及各中間合金切成合適的大小，并用砂紙打磨干凈。按照合金成分配出相應(yīng)的質(zhì)量，并將鋅粒，鎂塊，以及鋁銅合金用鋁箔包住。然后用鋸床將鋁錠，鎂塊以及各種中間合金鋸成合適的大小，并分別配成

5、所需的質(zhì)量。將電阻爐溫度設(shè)置為750，溫度穩(wěn)定后加入提前200下預(yù)熱的鋁錠，待鋁錠全部熔化后依次加入鋁鉻中間合金以及鋅粒，溫度回升以后再加入鋁銅合金和鎂塊。溫度再次回升到720后用高純氬氣除氣8min，最后待溫度再次達(dá)到720時澆鑄到200左右預(yù)熱下的金屬模具中。3.2樣品的后續(xù)加工將鑄造好的直徑為90mm的合金錠經(jīng)過470/24h均勻化后熱擠壓成直徑45mm的棒材。然后經(jīng)過線切割制備出符合如圖1的拉伸實(shí)驗(yàn)樣品和如圖2所示的三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)樣品，其中跨度s為80mm，厚度w為20mm，寬度b為10mm，裂紋初始長度為a0約為5.6mm。并且將棒材切割成大小合適的硬度樣品。圖1拉伸試驗(yàn)樣品圖2三點(diǎn)彎

6、曲試驗(yàn)樣品3.3樣品的主要性能檢測和分析本實(shí)驗(yàn)主要有7075鋁合金的硬度、7075鋁合金的抗拉強(qiáng)度和7075鋁合金的延伸率三種力學(xué)指標(biāo)，通過金相顯微鏡和掃描電鏡觀察合金的微觀組織及析出相分布情況。其中硬度在電子顯微硬度計(jì)上測量，加載力為1Kg，加載時間為15s，在樣品上均勻測出五個點(diǎn)，求平均值。疲勞斷裂及拉伸斷裂性能都在MTS810試驗(yàn)機(jī)上面進(jìn)行。4、實(shí)驗(yàn)樣品組織結(jié)構(gòu)及性能分析4.1RRA處理后7075鋁合金組織結(jié)構(gòu)變化研究表明，合金的硬度與其內(nèi)部強(qiáng)化析出相的變化有密切的關(guān)系。析出強(qiáng)化理論認(rèn)為，強(qiáng)化析出相與位錯的交互作用的強(qiáng)弱決定硬度的高低。經(jīng)過RRA時效處理后，合金晶體內(nèi)部析出相的分布類似于

7、T6峰值時效，并且相似程度越大，合金的硬度越接近。經(jīng)過RRA時效處理后，得到最好的回歸工藝為120/16h+190/lOmin+120/16h，此時合金的硬度為182.SHV，與T6時效的硬度相當(dāng)，可以猜測到此時晶體內(nèi)部的強(qiáng)化相數(shù)目較多，和峰值時效時候的狀態(tài)非常接近。如下圖3所示，為T6峰值時效和RRA處理后的SEM微觀組織圖片，由圖片可知，通過RRA處理后晶體內(nèi)部的析出相的數(shù)目眾多，幾乎和T6時效圖片中析出相的數(shù)目不分伯仲，并且析出相更加細(xì)小，析出相也更加均勻，協(xié)調(diào)性更好，這一點(diǎn)也與理論相符3。圖3常規(guī)7075鋁合金SEM微觀組織另外，在RRA處理的高溫回歸階段，由于回歸溫度高，導(dǎo)致第一階段

8、析出的強(qiáng)化相會出現(xiàn)回溶現(xiàn)象，如圖4所示，可能是高溫回歸時所遺留的沒有完全回溶的析出相。圖4高溫回歸階段沒有完全回溶時的析出相4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果(1)常規(guī)7075鋁合金峰值時效后的裂紋萌生壽命為97193，強(qiáng)度比為1.23,硬度為181.6HV，抗拉強(qiáng)度為549MPa，延伸率為6.4%。經(jīng)過RRA處理后，最終得到硬度最好時的回歸制度為120/16h+190/1Omin+120/16h，此時硬度達(dá)到182.5HV，比T6峰值時效硬度略有提高。（2）通過三組雙級時效處理后，可以得到綜合性能最好的雙級時效制度為120/24h+160/3Oh。此時合金的抗拉強(qiáng)度532MPa，比峰值時效降低了3%,而延伸率達(dá)

9、到9.1，比峰值時效升高了41.2%。（3）通過在最好的雙級時效之間引入一個短時高溫回歸后，得到綜合性能最好時的時效制度為120/24h+200/5min+l60/3Oh。此時抗拉強(qiáng)度為565MP,延伸率為9.6%，較不加回歸狀態(tài)的常規(guī)7075鋁合金抗拉強(qiáng)度提高了6.2%，延伸率提高5.5%。較常規(guī)7075鋁合金T6峰值時效，抗拉強(qiáng)度提高了4.5%，延伸率提高了28.6%。總體來看，通過在常規(guī)7075鋁合金的雙級時效之間引入一短時的高溫回歸，可以在提高常規(guī)7075鋁合金強(qiáng)度的同時，大幅度的提高延伸率，這對提高常規(guī)7075鋁合金的斷裂韌性具有重要的意義。5、結(jié)論常規(guī)7075鋁合金峰值時效后的裂紋

10、萌生壽命為97193，強(qiáng)度比為1.23,硬度為181.6HV，抗拉強(qiáng)度為549MPa，延伸率為6.4%。常規(guī)7075鋁合金經(jīng)過RRA處理后，得到硬度最好時的回歸工藝為120/16h+190/1Omin+120/16h,此時硬度達(dá)到182.46HV，比T6峰值時效略有提高。通過三組雙級時效處理后，可以得到綜合性能最好的雙級時效制度為120 /24h+160 /3Oh?？傮w來看，通過在常規(guī)7075鋁合金的雙級時效之間引入一短時間的高溫回歸，可以在提高常規(guī)7075鋁合金強(qiáng)度的同時，大幅度的提高延伸率，這對提高常規(guī)7075斷裂韌性具有很重要的意義。參考文獻(xiàn)1劉大海;謝永鑫;黎俊初.工藝參數(shù)對7075鋁合金板材時效成形