7075铝合金残余应力释放的热处理工艺研究

7075铝合金残余应力释放的热处理工艺研究

摘要：本文介绍了消除7075铝合金残余应力的常用热处理工艺措施，分析了各种热处理技术对消除残余应力所起到的作用，给出了针对7075铝合金的热处理工艺曲线，比较了各种热处理技术对消除7075铝合金残余应力的效果，为加工高强度的精密铝合金零件提供了技术参考。

关键词：7075铝合金残余应力热处理技术

1 概述

7075铝合金广泛应用于航空航天领域，属于a1-zn-

mg-cu系可热处理强化的多元时效合金，具有高强度、低密度、热加工性能好等优点，固溶处理后经过人工时效处理后，抗拉强度可达600～700mpa，与45号钢的强度相当。在150℃以下具有较高强度，其缺点是焊接性能较差，抗疲劳性能较差，有晶间腐蚀和严重的应力腐蚀倾向，并且为了获得高强度与高韧性，铝合金必须进行淬火处理。当铝合金材料从大约470℃的高温快速淬入低温介质的淬火过程中，构件表面与心部存在很大的温度梯度，从而产生了很大的淬火残余应力。故在使用过程中去除应力就相当必要。

本文所探讨的7075铝合金为应用于高精度的光学零件，对加工后的零件变形有较高要求。在机械加工过程中，由于材料的去除，材料内部的残余应力将得到释放，此时往往产生很大的加工变形。因此为了保证精密零件的尺寸稳定性应进行较好的残余应力释放。

2 实验方法

实验材料选用7075-t6超硬铝合金板材，试样尺寸为15×150×220，分粗精加工两道工序进行加工，最终加工成10mm厚的平板试件，在粗精加工工序之间采用不同的热处理工艺进行残余应力的消除，精加工后利用三座标检验试样的平面度，比较宏观变形量的大小，利用钻孔法对试样内部残余应力的大小进行测定，比较微观应力值的大小。本文所采用的消除残余应力的热处理工艺措施主要有以下几种：

2.1 去应力退火去应力退火的目的是减小金属制件的内应力，降低材料的应力腐蚀倾向，保证零件尺寸的稳定性，同时其强度和硬度基本不下降。试样1采用了230℃保温8h的去应力退火工艺，去应力退火工艺曲线如图1所示。

2.2 再结晶退火再结晶退火目的是细化晶粒，充分消除内应力。由于加工硬化的原因导致无法继续进行塑性变形时，常常要进行再结晶退火，使其软化。因此也称为中间退火。强度和硬度下降明显。试样2采用了360℃，保温4h的再结晶退火工艺，再结晶退火工艺曲线如图2所示。

2.3 均匀化退火均匀化退火的过程实质就是一个原子扩散过程，原子扩散速度增快，能够使材料中的枝状偏析消失，因此又通常被人们称为扩散退火。均匀化退火是铝合金铸件和进行热塑性变形后最常用的一种退火处理工艺，其主要目的是消除在热变形的过程中出现的偏析、第二相晶粒粗大、不平衡共晶体以及硬脆相沿晶界分布等缺陷。试样3采用了450℃，保温3h，随炉冷却的均匀化

退火工艺规范，均匀化退火工艺曲线如图3所示。

2.4 稳定化热处理稳定化处理又称为循环热处理，特别适用于在不同温度环境下反复使用的零件，而且对其尺寸精度要求较严格的场合。采用该技术处理过的零件，其尺寸稳定性非常好，试样4采用了循环温度-65℃～150℃，循环次数3次的热处理工艺规范。稳定化热处理工艺曲线如图4所示：

2.5 深冷处理深冷处理的主要目的是消除铝合金的淬火残余应力。国内已有通过深冷处理来消除7075铝合金残余应力的研究，其残余应力消除率可达到85%。7075铝合金常用的深冷处理工艺曲线如图5所示。

3 实验结果及分析

对试样采用不同的热处理工艺后，进行零件表面精加工，再利用三坐标测量试样的平面度，测量结果如表1所示：

利用钻孔法对采用不同的热处理工艺并进行精加工的试样进行

残余应力大小测试，测试的结果如表2所示：

从表1和表2中的测量结果可以看出，不同的热处理工艺措施对残余应力消除的效果是不一样的，并非消除残余应力效果好的热处理工艺措施就是最好的，在零件的制造过程中具体采用哪种热处理工艺措施还要综合考虑生产周期、制造成本、以及各种热处理措施对材料强度的影响。

4 结论

各种热处理方法对7075铝合金的残余应力去除均有一定的作用，

但其效果具有一定的差异，并且残余应力消除的效果还受热处理过程中加热温度、保温时间等条件的影响，各种热处理工艺措施适用于不同的场合，对于特别复杂的零件可多种方法组合使用，利用热处理来消除7075铝合金的残余应力是一种非常有效的工艺措施。参考文献：

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[2]朱伟.7075铝合金厚板淬火残余应力的研究[d].郑州：中南大学，2002，4.

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[4]党培，谭联.铝合金预拉伸板数控加工过程中残余应力释放研究.吉林化工学院学报，2006，4.

[5]张园园，吴运新.7075铝合金预拉伸板淬火后残余应力的有限元模拟.材料热处理技术，2008，7.

作者简介：

张丽伟（1980-），女，辽宁锦州人，工程师，毕业于辽宁工业大学金属材料与热处理专业。