固溶處理對汽車用7075鋁合金微觀組織和力學性能的影響

王亮亮

固溶處理對汽車用7075鋁合金微觀組織和力學性能的影響

王亮亮

重慶工業職業技術學院,重慶401120

本文以汽車用7075鋁合金為研究對象，采用顯微硬度儀、掃描電鏡、萬能試驗機等測試方法，研究固溶處理工藝對鋁合金顯微組織、顯微硬度、拉伸性能的影響。結果表明：隨固溶溫度和固溶時間增長，鋁合金的晶粒尺寸、硬度和抗拉強度增大較小，而彈性模量和屈服強度均有大幅上升，斷后伸長率有所減小。經475°C/60 min+480 °C/150 min固溶處理后，合金的晶粒尺寸達到261.5 μm；彈性模量達到6702.28 N·mm-2；屈服強度達到472.69 N· mm-2；斷后伸長率為14.90%。

7075鋁合金;顯微組織;顯微硬度;拉伸性能

以Al-Zn-Mg-Cu系（簡稱7xxx系）為主的通過熱處理強化的高強鋁合金，具有高比強度、低密度、熱加工性能良好、優異的焊接性能、耐腐蝕能力強已經高韌性等諸多優點，廣泛作為結構材料而運用于汽車領域[1,2]。面對日益嚴重的環境污染問題，汽車車身減重成為研究的熱點。由于鋁合金具有低密度、高比強度等特點，其在汽車車身上替代鋼鐵件越來越多。為了提高鋁合金汽車的安全系數，各國材料研究者們非常重視超高強鋁合金的研究。

開發超高強鋁合金的常用方法為（1）優化設計合金成分；（2）開發創新型制坯方法[3,4]；（3）采用先進的成形加工及熱處理工藝[5-7]。其中，熱處理是最為重要的環節，其最主要的工藝為固溶時效處理。固溶處理可以促進合金和第二相粒子向基體中的擴散，且在時效處理后析出細小彌散的增強相，達到顆粒增強的效果[8]。本文以汽車用7075鋁合金為研究對象，研究固溶處理工藝對7075超高強鋁合金組織和性能的影響，為得到合理的工藝參數、提高產品質量提供實驗基礎。

1 材料與方法

本文試驗材料以7075鋁合金為基礎，討論固溶處理對合金組織和性能的影響，其成分設計如表1所示。本實驗在SX-1000°C系列節能箱式電阻爐與DHG-9145A型電熱鼓風干燥箱上進行，具體方案見表2固溶處理實驗方案。

試樣經XQ-1型鑲嵌機鑲嵌，采用砂紙打磨并機械拋光，用4%硝酸酒精溶液與苦味酸溶液進行腐蝕得到。用SU8010場發射掃描電子顯微鏡觀察所有試驗鋼的組織形貌。苦味酸腐蝕后觀察其晶粒大小。利用MHV-2000型數顯顯微維氏硬度計測試合金樣品的顯微硬度，加載負荷為5 N，保荷時間約為20 s。利用WAW-100A型電子萬能試驗機檢測力學性能，拉伸試樣按照GB/T228-2002標準制備，拉伸速率為0.5 mm/min。

表1 7075鋁合金設計化學成分(wt%)Table 1 Chemical components of Al 7075 alloy(wt%)

表2 固溶處理實驗方案Table 2 Experiment projects of the solid solution treatment

2 結果與討論

2.1固溶處理對7075鋁合金微觀組織的影響

圖1 不同固溶處理條件下7075鋁合金的顯微組織Fig.1 Microtissue of Al 7075 alloy under the different solid solution treatment

研究表明，7075鋁合金經常規固溶處理后，基體內仍然存在粗大的第二相粒子，難以固溶完全。圖1為不同固溶處理工藝對應的鋁合金組織微觀照片，從圖中可以看出，各處理工藝下7075鋁合金基體中均存在不溶相，但隨著固溶溫度的升高和固溶時間的延長，基體中第二相粒子數量明顯減少，達到了促進第二相粒子擴散的效果。

表3 不同固溶處理條件下的7075鋁合金的晶粒大小Table 3 Grain size of Al 7075 alloy under the different solid solution treatment

表3為7075鋁合金晶粒尺寸分布情況，表中可以看出，基體材料的平均晶粒尺寸為163.4 μm，而固溶處理后，1號，2號，3號合金晶粒尺寸分別為209.7 μm、247.8 μm和261.5 μm，因此可知固溶處理溫度的升高和時間的延長，均會增大鋁合金平均晶粒尺寸。

2.2固溶處理對7075鋁合金顯微硬度的影響

圖2為不同固溶處理工藝對應的7075鋁合金顯微硬度圖。圖中顯示，與基體相比，固溶處理后鋁合金顯微硬度均有所增加。在其他工藝相同的條件下，當固溶溫度由475°C上升到480°C時，7075鋁合金硬度有所下降。對比1號和3號試樣可知，隨著固溶溫度和固溶時間的增加，鋁合金硬度由176.66 HV增大到181 HV。綜上所述，7075鋁合金固溶處理可以促進第二相粒子的擴散，增大晶粒尺寸，從而達到增大硬度的效果。

圖2 不同固溶處理條件下7075鋁合金的顯微硬度Fig.2 Microhardness of Al 7075 alloy under the different solid solution treatment

2.3固溶處理對7075鋁合金拉伸性能的影響

表4是不同固溶處理工藝對應的鋁合金的拉伸性能。不同處理工藝對鋁合金的拉伸性能均有所影響。比較而言，固溶處理后，材料抗拉強度增大較小，而彈性模量和屈服強度均有大幅上升，其中3號試樣對應的彈性模量最大，為6702.28 N·mm-2；2號試樣對應的屈服強度最大，為504.80 N· mm-2。斷后伸長率均有所減小，其中3好試樣對應的斷后伸長率最小，為14.90%。

表4 不同固溶處理條件下的7075鋁合金的拉伸性能Table 4 Tensile properties of Al 7075 alloy under the different solid solution treatment

圖3為不同固溶處理后鋁合金的拉伸斷口的微觀形貌圖。基體的拉伸斷口為層狀，幾乎沒有發生塑性形變，分析可知，其斷裂形式為沿晶斷裂。固溶處理后的試樣斷口上均出現了韌窩，有微孔和疊波花樣，說明固溶處理改變了鋁合金內部組織結構，增多了組織中第二相粒子，而第二相粒子周圍易于發生斷裂。當固溶溫度升高時，斷面微孔孔徑減小，表明試樣2晶粒尺寸較小，延伸率高于試樣1。

圖3 不同固溶處理工藝下7075鋁合金斷面微觀形貌圖Fig.3 Image of the fracture surface of Al 7075 alloy under the different solid solution treatment

3 結論

(1)固溶處理對7075鋁合金顯微組織有明顯影響，隨著固溶溫度的升高和固溶時間的延長，基體中第二相粒子數量明顯減少，第二相粒子擴散明顯；

(2)隨著固溶溫度和固溶時間的增加，7075鋁合金的硬度從176.66 HV增大到181 HV；

(3)不同固溶處理工藝對鋁合金的拉伸性能均有所影響，材料抗拉強度小幅度增大，而彈性模量和屈服強度均有大幅上升，斷后伸長率均有所減小。

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The Effect of the Solid Solution Treatment on Microtissue and Mechanics Properties ofAl 7075Alloy

WANG Liang-liang
Chongqing Industry PolytechnicCollege,Chongqing 401120,China

This paper studied the effect of the solid solution treatment process on the microtissue,microhardness and tensile property of aluminum 7075 alloy by means of microhardness tester、SEM、universal tester and so on.Results showed that the grain size,microhardness and tensile strength of Al 7075 had the little increase with the increase of the solid solution temperature and time,while the elastic modulus and yield strength increased significantly,elongation rate decreased.After the solid solution treatment of 475°C/60 min+480°C/150 min,the grain size of the alloy reached 261.5 μ m;elastic modulus reaches 6702.28 N·mm-2;yield strength is up to 472.69 N·mm-2;elongation fracture later is 14.90%.

Al 7075 alloy;microstructure;microhardness;tensile properties

TG156.1

A

1000-2324(2014)05-0717-03

2013-02-12

2013-02-29

王亮亮(1982-),男,黑龍江齊齊哈爾人,漢族,碩士,講師.研究方向:交通與車輛安全、汽車運行品質.E-mail:wll_ 1211@163.com