热处理对7075铝合金组织和性能的影响

热处理对7075铝合金组织和性能的影响

摘要：对7075铝合金进行了固溶和单级时效处理，研究了单级时效对铝合金组织和性能的影响，结果表明铝合金经单级时效后纤维组织消失，在晶界处生成第二相粒子。铝合金显微硬度的峰值时效温度为120℃，时间为16h，硬度为220HV。120℃/24h时效后合金的峰值强度为680.5MPa。本研究中主要阐述热处理对7075铝合金组织和性能的影响。

关键词：热处理；7075铝合金；组织性能

引言

近些年来,铝合金的发展历程先后经历了由单一的追求高强度到追求高强耐腐蚀，再到追求高强高韧耐腐蚀性能，又到高强高韧耐腐蚀抗疲劳，最终到现在的追求高淬透性高综合性能五个发展阶段。然后发展方向却集中在以满足高强高韧铝合金的航空航天领域以及适用于各种使用条件的民用铝合金领域。当前对于铝合金强韧化以及耐蚀性的研究已经成为了重中之重，相信随着综合性能的提高，铝合金在国民经济发展中的运用将更加广泛。

1、7xxx系铝合金概述

7xxx铝合金是以Al-Zn-Mg和Al-Zn-Mg-Cu合金为主的一种超高强度铝合金，它是超高系列铝合金的最主要代表，Fe和Si是7xxx铝合金的主要有害杂质。较2xxx高强度铝合金在强度和硬度方面高出许多。属于热处理可强化的合金。该系铝合金具有强度高、密度小、易加工、焊接性能良好等优良特点，并且一般耐蚀性较好，因此在航空航天工业、车辆、建筑、桥梁、工兵装备及大型压力容器方面得到了广泛的应用。现阶段7xxx铝合金的研究主要集中在通过调节合金化元素和优化热处理工艺来得到高强高韧耐腐蚀的综合性能[1]。这也是本文的研究方向的出发点。该系代表合金如7005、7050、7075等。

2、试验材料与方法

试验材料为7075铝合金，将铝合金(尺寸为20mmX20mmX160mm)在盐浴中进行固溶处理，处理工艺为480℃/2h铝合金固溶处理后在试验箱中进行单级时效处理，时效温度分别为100,120,150℃，时效时间为0-48h。

将试样按国标GB/T228-2010用线切割加工成拉伸试样，用酒精超声清洗去除表面油污，在MT810万能试验机上进行拉伸强度测试，取5个试样的平均值;采用

扫描电镜观察拉伸断口形貌;金相试样依次用400#,800#,1000#和1200#砂纸打磨平

整，用0.05um的A1

20

3

抛光液进行抛光处理，经5%的硝酸酒精溶液浸蚀，采用

POLYVAR.MET金相显微镜观察金相组织;采用MicroMet2104显微硬度计对试样进行显微硬度测试，每个Si含量试样取五个点进行测量取平均值[2]。

3、实验内容和方法

3.1初级样品的制备

本实验所用常规7075铝合金采用铸锭冶金法制备，将铝锭和镁块以及各中间合金切成合适的大小，并用砂纸打磨干净。按照合金成分配出相应的质量，并将锌粒，镁块，以及铝铜合金用铝箔包住。然后用锯床将铝锭，镁块以及各种中间合金锯成合适的大小，并分别配成所需的质量。将电阻炉温度设置为750℃，温度稳定后加入提前200℃下预热的铝锭，待铝锭全部熔化后依次加入铝铬中间合金以及锌粒，温度回升以后再加入铝铜合金和镁块。温度再次回升到720℃后用高纯氩气除气8min，最后待温度再次达到720℃时浇铸到200℃左右预热下的金属模具中。

3.2样品的后续加工

将铸造好的直径为90mm的合金锭经过470℃/24h均匀化后热挤压成直径45mm 的棒材。然后经过线切割制备出符合如图1的拉伸实验样品和如图2所示的三点弯曲实验样品，其中跨度s为80mm，厚度w为20mm，宽度b为10mm，裂纹初始长度为a

约为5.6mm。并且将棒材切割成大小合适的硬度样品。

图1拉伸试验样品

图2三点弯曲试验样品

3.3样品的主要性能检测和分析

本实验主要有7075铝合金的硬度、7075铝合金的抗拉强度和7075铝合金的延伸率三种力学指标，通过金相显微镜和扫描电镜观察合金的微观组织及析出相分布情况。其中硬度在电子显微硬度计上测量，加载力为1Kg，加载时间为15s，在样品上均匀测出五个点，求平均值。疲劳断裂及拉伸断裂性能都在MTS810试验机上面进行。

4、实验样品组织结构及性能分析

4.1RRA处理后7075铝合金组织结构变化

研究表明，合金的硬度与其内部强化析出相的变化有密切的关系。析出强化理论认为，强化析出相与位错的交互作用的强弱决定硬度的高低。经过RRA时效处理后，合金晶体内部析出相的分布类似于T6峰值时效，并且相似程度越大，合金的硬度越接近。经过RRA时效处理后，得到最好的回归工艺为120℃/16h+190℃/lOmin+120℃/16h，此时合金的硬度为182.SHV，与T6时效的硬度相当，可以猜测到此时晶体内部的强化相数目较多，和峰值时效时候的状态非常接近。如下图3所示，为T6峰值时效和RRA处理后的SEM微观组织图片，由图片可知，通过RRA处理后晶体内部的析出相的数目众多，几乎和T6时效图片中析出相的数目不分伯仲，并且析出相更加细小，析出相也更加均匀，协调性更好，这一点也与理论相符[3]。

图3常规7075铝合金SEM微观组织

另外，在RRA处理的高温回归阶段，由于回归温度高，导致第一阶段析出的强化相会出现回溶现象，如图4所示，可能是高温回归时所遗留的没有完全回溶的析出相。

图4高温回归阶段没有完全回溶时的析出相

4.2实验结果

(1)常规7075铝合金峰值时效后的裂纹萌生寿命为97193，强度比为1.23,硬度为181.6HV，抗拉强度为549MPa，延伸率为6.4%。经过RRA处理后，最终得到硬度最好时的回归制度为120℃/16h+190℃/1Omin+120℃/16h，此时硬度达到182.5HV，比T6峰值时效硬度略有提高。

（2）通过三组双级时效处理后，可以得到综合性能最好的双级时效制度为120℃/24h+160℃/3Oh。此时合金的抗拉强度532MPa，比峰值时效降低了3%,而延伸率达到9.1，比峰值时效升高了41.2%。

（3）通过在最好的双级时效之间引入一个短时高温回归后，得到综合性能最好时的时效制度为120℃/24h+200℃/5min+l60℃/3Oh。此时抗拉强度为565MP,延伸率为9.6%，较不加回归状态的常规7075铝合金抗拉强度提高了6.2%，延伸率提高5.5%。较常规7075铝合金T6峰值时效，抗拉强度提高了4.5%，延伸率提高了28.6%。总体来看，通过在常规7075铝合金的双级时效之间引入一短时的高温回归，可以在提高常规7075铝合金强度的同时，大幅度的提高延伸率，这对提高常规7075铝合金的断裂韧性具有重要的意义。

5、结论

常规7075铝合金峰值时效后的裂纹萌生寿命为97193，强度比为1.23,硬度为181.6HV，抗拉强度为549MPa，延伸率为6.4%。常规7075铝合金经过RRA处理后，得到硬度最好时的回归工艺为120℃/16h+190℃/1Omin+120℃/16h,此时硬度达到182.46HV，比T6峰值时效略有提高。通过三组双级时效处理后，可以得到综合性能最好的双级时效制度为120℃ /24h+160℃ /3Oh。总体来看，通过在常规7075铝合金的双级时效之间引入一短时间的高温回归，可以在提高常规7075铝合金强度