7075鋁合金薄板的雙級時效工藝優(yōu)化

張國偉

（廣西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007）

Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金的T6熱處理工藝可以使合金獲得最高的強度，但是合金耐腐蝕性能較差，為解決T6態(tài)合金的高腐蝕敏感性問題，1961年Alcoa公司開發(fā)了T73雙級過時效工藝，降低了合金應(yīng)力腐蝕的敏感性，并提高了合金的斷裂韌性，但合金的強度下降較多；同年又開發(fā)了T76工藝，時效程度比T73工藝的輕，目的是提高材料的抗剝落腐蝕性能；T7時效后合金強度比峰值下降約10%～15%。

過時效多采用分級時效工藝，先通過低溫時效以保證在較短時間內(nèi)形成GP區(qū)，然后采用高溫二級時效促使GP區(qū)向中間相轉(zhuǎn)變，從而獲得較高的強度和其它良好的性能。然而具體的過時效制度，必然會對合金性能產(chǎn)生較大影響。為了能使該新合金獲得更優(yōu)的綜合性能，對該高強韌鋁合金擠壓型材進(jìn)行了雙級時效處理，研究了雙級時效工藝參數(shù)對其顯微組織和性能的影響，并得到了優(yōu)化的雙級時效工藝，為該合金型材的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

1 試驗方案

試樣為3 mm厚的7075冷軋薄板，成分為：Al-5.46 Zn-2.24 Mg-1.28Cu-0.21Cr（wt.%）。固溶溫度為475℃，保溫時間為15 min后立即在水中淬火。經(jīng)不同溫度和時間的雙級時效。試樣進(jìn)行常溫拉伸性能、硬度、電導(dǎo)率檢測，并用光學(xué)金相顯微鏡（OA）、透射電鏡（TEM）觀察其微觀組織結(jié)構(gòu)，分析時效制度對組織和性能的影響。客戶要求力學(xué)性能應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1 力學(xué)性能要求

室溫拉伸力學(xué)性能測試設(shè)備為CSS-44100型萬能材料力學(xué)實驗拉伸機，拉伸速度為2 mm/min，電導(dǎo)率測量在7501型渦流電導(dǎo)儀上進(jìn)行，測試樣品尺寸約為20 mm×20 mm，金相樣品在Graff sargent試劑中浸蝕后通過XJP-6A型金相顯微鏡觀察合金中的再結(jié)晶情況和晶粒的形狀、大小及分布。

TEM樣品觀察在荷蘭FEI產(chǎn)的TECNAIG220型TEM電鏡上進(jìn)行，加速電壓為200kV。

板材的室溫力學(xué)性能應(yīng)符合表1的規(guī)定。

2 實驗結(jié)果

150℃時效的第二級時效保溫時間對7075薄板拉伸性能、硬度及電導(dǎo)率的影響。隨著第二級時效保溫時間的延長，強度、硬度逐漸降低，伸長率、電導(dǎo)率有所增加。第二級時效保溫時間從6 h增加到24 h，抗拉強度和屈服強度分別從 562 MPa、461 MPa 降低至 498 MPa、390 MPa，硬度從89.5降低至84.2。電導(dǎo)率從31.5增加至37.8。第二級時效保溫時間為12 h，拉伸性能和硬度符合T76標(biāo)準(zhǔn)要求，但電導(dǎo)率略微低于標(biāo)準(zhǔn)，只有36.1%IACS。第二級時效保溫時間從6 h到24 h范圍內(nèi)，電導(dǎo)率均不能滿足T73標(biāo)準(zhǔn)要求。

160℃時效的第二級時效保溫時間對7075薄板拉伸性能、硬度及電導(dǎo)率的影響。隨著第二級時效保溫時間的延長，強度、硬度逐漸降低，伸長率、電導(dǎo)率有所增加。第二級時效保溫時間從6 h增加到24 h，抗拉強度和屈服強度分別從 550 MPa、455 MPa 降低至 482 MPa、385 MPa，硬度從88.2降低至83。電導(dǎo)率從32.6增加至38.6。第二級時效保溫時間為12 h，拉伸性能、硬度和電導(dǎo)率均符合T76標(biāo)準(zhǔn)要求。第二級時效保溫時間為24 h，除了屈服強度剛好達(dá)到T73標(biāo)準(zhǔn)下限，其余性能均滿足T73。

從兩種時效制度下的金相照片可以看出，金相組織均為部分再結(jié)晶組織，晶粒沿變形方向拉長。兩種時效制度下的金相組織觀察不到明顯的差異，時效析出相的差別只有在透射電鏡下才能分辨出來。從TEM照片可以看出，T76時效時析出相的尺寸細(xì)小、均勻、彌散、且數(shù)量較多，因此強度、硬度較高而電導(dǎo)率較低，T73時效時析出相粗化，因此強度、硬度較低而電導(dǎo)率較高。

3 分析討論

Al-Zn-Mg-Cu系合金的時效析出序列一般為：α（過飽和固溶體）→GP區(qū)→η′（MgZn2）→η（MgZn2）。時效析出序列的完整性取決于時效溫度。在較低溫度范圍內(nèi)（20～100℃），過飽和固溶體主要析出GP區(qū)；在較高溫度范圍內(nèi)（120～150℃），時效早期以析出GP區(qū)為主，隨后以析出η′相為主；更高溫度范圍內(nèi)（＞160℃）時效時各個相相繼析出，充分時效后以析出粗化的η相為主。

7075鋁合金時效過程中析出的GP區(qū)和η相與基體共格和半共格，可通過位錯切過機制阻礙位錯運動，從而提高合金強度。而時效析出相η與基體非共格，是通過Orowan繞過機制在其后形成一系列位錯環(huán)使合金得到強化。由于位錯的切過機制比繞過機制對合金的強化效果好，因此7075鋁合金的強度主要由合金晶內(nèi)析出的GP區(qū)和η相的體積分?jǐn)?shù)、形貌、尺寸和分布所決定。析出相的體積分?jǐn)?shù)越大，分布越均勻致密，合金的強度越高。

4 結(jié)語

（1）時效溫度對綜合性能的影響比時效時間的要大，雙級時效參數(shù)中的第二級時效溫度的影響最大。

（2）優(yōu)化出的T76時效制度為120℃/6h+160℃/12h，T73時效制度為120℃/6h+170℃/12h，時效強化相的尺寸增加，導(dǎo)致合金力學(xué)性能下降，電導(dǎo)率增加。