軋制變形量對AA7085鋁合金組織和性能的影響

黎 勇

（西南鋁業（集團）有限責任公司，重慶 九龍坡 401326）

0 前言

AA7085鋁合金是于2003年由美國ALCOA鍛造產業公司開發的新型Al-Zn-Mg-Cu高強鋁合金[1、2]。相對于一些傳統Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金（如AA7050），AA7085鋁合金具有淬透性好、高強度、高抗疲勞性能、高抗應力腐蝕性能與剝落性能的優點。特別是其具有的良好的淬透性，更好的抗損傷性能，更適用于大厚度的結構件，因此該合金具有良好的應用前景。新型高強7085 鋁合金由于熔鑄性以及淬透性好，其鍛件最大厚度可達240mm，在新一代大飛機結構件中的應用潛力巨大。利用AA7085鋁合金已成功地制成迄今為止最大的1個飛機模鍛件并應用在A380飛機后翼梁上，重約3.9t[3～9]。由于超高強鋁合金在常溫條件下的塑性較差, 一般需經高溫塑性加工成形。

目前對于AA7085鋁合金的研究主要集中于熱處理工藝制度上。文獻[10]研究了AA7085鋁合金板材在同一時效處理（120℃，24h）下的不同固溶處理方式所帶來的組織和性能的差異。當采用常規固溶處理（450℃，1h→480℃，2h→WQ）時，強度σb=540MPa，電導率（用來表征抗SCC性能）為29.3%IACS；采用高溫預析出處理（450℃，0.5h→480℃，2h→455℃，0.5h→WQ）時，σb=521MPa，電導率為31.1%IACS；采用部分重固溶處理（450℃，1h→480℃，2h→455℃，0.5h→470℃，5min→WQ）時，σb=515MPa，電導率為32.2%IACS。部分重固溶處理相比于常規固溶處理方式，晶界處產生非連續析出，η-MgZn2析出相較小，離散度較大，腐蝕時離子的溶解速度降低，抗腐蝕性能提高。同時，采用部分重固溶處理使得基體過飽和度降低，時效析出相減少，從而降低了強化效果。

文獻[11]研究了不同時效制度對AA7085鋁合金鍛件的組織和性能得到影響。與T6 時效合金相比，合金經T74 時效的抗應力腐蝕和抗剝落腐蝕性能提高，但強度顯著降低；經RRA 時效處理，合金保持了較高強度的同時，應力腐蝕性能敏感性降低，抗剝落腐蝕性能提高；在腐蝕溶液中，極化曲線測試也表現出同樣的趨勢；合金經過RRA時效處理，形成粗大且不連續的晶界析出相是提高腐蝕性能的主要原因。

目前關于7085鋁合金的軋制工藝研究較少，國際上也因其加工工藝保密而獲得的有效信息較少，軋制變形量對合金組織和性能的研究不多。本文目的是研究AA7085合金軋制變形量對其組織和性能的影響，找出符合實際需求的較合適的軋制工藝變形量，據此亦能進行工藝的優化并對其在實際生產中的應用提供理論上的指導。

1 實驗材料及實驗內容

1.1 實驗材料

本實驗所用材料為AA7085鋁合金，其成分為AA7085鋁合金的名義成分，各合金元素質量分數如下：7.0%～8.0%Zn，1.2%～1.8%Mg，1.3%～2.0%Cu，0.08%～0.15%Zr，Fe≤0.08%，Si≤0.06%，材料經過均勻化處理。

1.2 實驗方法

本實驗在?170×300mm軋機上進行，材料初始厚度為12mm，材料在電阻爐中400℃保溫1h，然后進行4種不同預變形量的軋制，軋制變形量分別為50%、40%、30%和20%，軋制完成后對樣品進行固溶時效熱處理，固溶處理工藝為單級固溶（460℃×1h），時效工藝為T6峰值時效（120℃×24h）。

在板材上切取小樣，并用砂紙打磨，經過機械拋光后，采用Keller試劑進行腐蝕以觀察微觀組織，并在Axiovert 40 MAT金相顯微鏡上獲取微觀組織照片。

顯微硬度測試在MH-3顯微硬度儀上進行，測試載荷為300g，載荷持續時間為10s，每個樣品測試10個點并取其平均值。

2 實驗結果與分析

2.1 顯微組織

2.1.1 均勻化狀態的微觀組織形態

鋁合金鑄錠在經過均勻化處理后，能夠消除和改善鑄造缺陷，消除內應力，起到穩定鑄錠尺寸和組織的作用。AA7085鋁合金鑄錠進行均勻化處理后的金相組織如圖1所示。

圖1 AA7085鋁合金鑄錠均勻化退火態金相

從金相照片上可以看出，AA7085鋁合金鑄錠在經過均勻化退火處理后，枝晶偏析被消除，晶粒較為均勻，晶粒尺寸大約為60μm，第二相球化。沿晶界分布的非平衡共晶相并未完全溶解，尤以三叉晶界居多。

2.1.2 軋制變形組織微觀形態

AA7085鋁合金均勻化鑄錠試樣塊經過變形量為50%的軋制工藝后，其金相照片如圖2所示。金相照片顯示，經熱軋后的AA7085鋁合金組織呈現出典型的軋制態。晶粒沿軋制方向呈扁平的長條狀分布，具有明顯的各向異性，晶粒的表面尤其

圖2 軋制50%變形量的AA7085鋁合金組織

圖3 軋制不同變形量并進行固溶時效后的AA7085鋁合金組織

2.2 不同變形量試樣組時效態顯微硬度

不同變形量試樣完成460℃×1h固溶＋T6時效處理后，對試樣組各個試樣進行硬度測試，其顯微硬度值如圖4所示，從圖4中可以看出：

（1）預變形量為50%的試樣具有最高的硬度值。隨著預變形量的升高（20%～50%），試樣的硬度值升高（160.3～172.21）。

（2）隨著預變形量的增加，試樣硬度的增加量逐漸減少。對于超硬鋁合金而言，其強度與硬度的變化趨勢相同。所以可以用硬度值變化來定性判斷AA7085鋁合金組織的強度變化，可以得出如下結論：隨著AA7085鋁合金預變形量的增加，在經過固溶時效處理后鋁合金強度亦增加，軋制變形量為50%的試樣獲得了最大的硬度（強度），根據Hall-Petch關系式，此結論同前面的微觀組織的分析一致，較小的晶粒尺寸，材料的強度也較高。但隨著預變形量的加大，通過熱處理之前進行預變形處理來改善組織提升熱處理效果的作用逐漸減弱。

對均勻化處理的AA7085鋁合金鑄錠進行400℃熱軋處理，能進一步消除鑄造組織缺陷，形成變形強化組織。晶粒產生晶格畸變，均勻化退火處理未完全消除的沿晶界分布的非平衡共晶相以及其他第二相受壓變形，發生破裂并沿變形方向分布。第二相的破碎使得其分布更為彌散，對合金強度的提高亦有促進作用。軋制變形量越大，晶粒變形程度越高，晶粒細化效果也更為明顯，形變強化效果越強。是在晶界附近還存在很多細小的未溶解的化合物（黑色小點）。

圖4 不同預變形量組各試樣T6態顯微硬度值

2.1.3 時效態組織微觀形態

圖3所示為不同軋制變形量的樣品經過460℃1h的單級固溶然后又在120℃進行24h的時效處理后的微觀組織照片。從圖3中可以看到，晶粒尺寸隨著變形量的增加有明顯的減小，即軋制變形量的增加可以促進晶粒細化。根據文獻[11]，AA7085固溶態鋁合金經過時效處理后，在基體固溶體上析出了硬化相。晶內的析出相為彌散分布的η′-MgZn2相，晶界處會析出η′-MgZn2相。晶內彌散析出的硬化相能夠明顯提升鋁合金集體的強度。晶界處η′-MgZn2相的形狀尺寸和分布對鋁合金的韌性和抗腐蝕性能有著重要的影響。

AA7085均勻化鑄錠進行軋制后，其金相顯示基體上仍殘存著非平衡相，這些平衡相因軋制變形而破碎，并沿軋制方向分布。鋁合金固溶態經過T6時效處理后，固溶體基體上析出時效硬化相，可有效提高材料的強度。這些時效析出相的形狀尺寸和分布對AA7085鋁合金的組織和性能有著重要的影響。

3 結論

為研究軋制變形量對AA7085鋁合金組織和性能的影響，本實驗制備了不同軋制變形量的樣品，并對其進行單級固溶和時效處理。通過對各狀態下合金的顯微組織和力學性能的測試分析，得到了以下結論：

（1）隨著AA7085鋁合金預變形量的增大其經固溶時效熱處理后的合金硬度強度提高。

（2）AA7085鋁合金在較大軋制變形量條件下，繼續增大預變形量的強化效果減弱。

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