熱處理對二次軋制Al-Zn-Mg-Cu合金組織及性能影響

陳泓業

摘 要： 通過維氏硬度測試、拉伸性能測試、光學顯微鏡觀察、掃描電子顯微鏡觀察及能譜分析等方法，研究了固溶處理對二次軋制總壓下量為35%和50%的鑄軋7050鋁合金組織及性能的影響。研究表明：當固溶溫度低于480℃（或固溶時間小于90min）時，試驗合金以固溶強化和細晶強化為主，使得合金強硬度增加。當固溶溫度高于480℃（或固溶時間超過90min）時，試驗合金因過燒和再結晶晶粒長大導致強硬度下降。獲得理想強硬度對應工況為經480℃×90min固溶處理后，進行125℃×24h人工時效。

關鍵詞： 7050鋁合金;鑄軋;二次軋制;熱處理;顯微組織;力學性能

中圖分類號：TG146.2

Al-Zn-Mg-Cu系合金憑借其高強度、優良斷裂韌性、抗應力腐蝕性能及優良的淬火敏感性，被廣泛應用于航空航天領域，主要用作飛機的機身框架、機翼梁與衍條，以及飛機和火箭中高強度結構件的制造[1-3]。7050鋁合金屬于該系的一種重要鋁合金，由Alcoa鋁業公司于20世紀研發。目前，7050鋁合金在熱處理工藝、微合金化和二次軋制工藝等綜合提高其力學性能及抗應力腐蝕性能方面研究較多[4-6]。本文通過改變對二次軋制的鑄軋7050鋁合金板的熱處理工藝，得到了熱處理工藝對不同變形量的鑄軋7050鋁合金力學性能及顯微組織的影響，為獲得高力學性能二次軋制板材提供理論依據。

1實驗材料及方法

本文所使用鑄軋板由立式雙輥鑄軋機鑄軋得到，采用上注式鑄軋工藝，獲得厚度為5mm的7050鋁合金板。將鑄軋板在420℃下分別進行總壓下量為35%和50%的二次軋制，對每種壓下量的鋁合金板分成15組，分別在馬弗爐中進行保溫時間為60min、90min、120min與固溶溫度為440℃、460℃、480℃、500℃、520℃的熱處理，以分析不同保溫時間與固溶溫度組合下合金的組織性能，從而對比得出最佳熱處理工藝。

試樣固溶處理后水淬，要求淬火轉移時間在3s以內，之后在125℃的真空干燥箱內將試樣進行24h人工時效處理。使用線切割機將試樣制成常溫拉伸試樣與塊狀試樣，分別在三思拉伸儀和數字顯示維式硬度計上進行拉伸試驗與硬度測試。最后切取試樣拋光并腐蝕，在掃描電子顯微鏡及光學顯微鏡下觀察顯微組織。

2實驗結果及討論

2.1 力學性能

圖1（a）是二次軋制總壓下量為35%的7050鋁合金鑄軋板材經不同固溶溫度及固溶時間處理后結合人工時效機制的維氏硬度測試圖。由圖可看出，當固溶時間為60min時，合金硬度先隨固溶溫度的升高而增加，460℃以后，合金硬度隨溫度的升高增加顯著，在480℃處達到203HVB的峰值，隨后合金的硬度隨溫度升高而降低;當固溶時間為90min時，合金硬度隨溫度升高呈直線上升，在480℃處同樣達到峰值203HVB，隨后合金硬度隨溫度升高而降低，在500℃以后，硬度降低幅度增加;當固溶時間為120min時，合金硬度先隨溫度的上升而略有增加，在460℃時達到197HVB的峰值，之后合金硬度趨勢轉向，隨溫度的升高而降低。

圖1（b）是二次軋制總壓下量為35%的7050鋁合金鑄軋板材經不同固溶溫度及固溶時間處理后結合人工時效機制的拉伸性能測試結果。由圖可知，經60min固溶處理的合金抗拉強度在480℃以前隨固溶溫度升高而顯著增加，并在480℃達到峰值627MPa，之后隨固溶溫度的升高降低明顯;固溶處理90min的合金抗拉強度在480℃之前的規律與固溶處理60min的試樣相同，在480℃達到629MPa的峰值強度，但隨后抗拉強度隨固溶溫度升高而緩慢降低;經120min固溶處理的合金抗拉強度峰值出現在固溶溫度460℃，達到626MPa，而固溶溫度高于460℃以后，合金抗拉強度逐漸降低。不難發現，抗拉強度與固溶溫度的曲線關系和硬度與固溶溫度的曲線關系相似。

圖2（a）是二次軋制總壓下量為50%的7050鋁合金鑄軋板材經不同固溶溫度及固溶時間處理后結合人工時效機制的維氏硬度測試圖。可以看到，經60min固溶處理的試樣，合金硬度峰值依然出現在固溶溫度480℃處，達到200HVB，在峰值硬度以后，硬度隨固溶溫度升高降低速度減緩;90min固溶處理試樣合金硬度在達到峰值硬度203HVB以前，維氏硬度與固溶溫度曲線斜率逐漸增加，峰值硬度以后，硬度隨固溶溫度升高而快速降低;固溶處理120min的合金硬度峰值出現在固溶溫度460℃處，達到199HVB，隨后硬度隨固溶溫度升高而下降。

圖2（b）是二次軋制總壓下量為50%的7050鋁合金鑄軋板材經不同固溶溫度及固溶時間處理后結合人工時效機制的拉伸性能測試結果。能夠看出，試樣經60min固溶處理與試樣經90min固溶處理的抗拉強度變化相似，皆為先隨固溶溫度的升高而升高，達到峰值后趨勢相反，并在固溶溫度為480℃時達到峰值抗拉強度。

3結論

1）對于經二次軋制總壓下量為35%和50%的試驗7050鋁合金，在相同固溶時間下，合金強硬度先隨固溶溫度的升高而增加，達到峰值后，合金強度逐漸降低;在固溶溫度為480℃以上時，合金強硬度隨固溶時間的延長先增加，后降低;

2）固溶溫度低于480℃（或固溶時間小于90min）時，以固溶強化和細晶強化為主導因素導致兩種試驗7050鋁合金強硬度增加;固溶溫度高于480℃（或固溶時間超過90min）時，因過燒和再結晶晶粒長大為主導因素導致兩種試驗7050鋁合金強硬度下降;

3）本實驗研究范圍內，兩種試驗7050鋁合金獲得理想強硬度對應工況相同，皆為經480℃×90min固溶處理后，進行125℃×24h人工時效。

參考文獻

[1]張永安，朱寶宏，劉紅偉等.Zn含量對噴射成形7×××系高強鋁合金組織與性能的影響[J].中國有色金屬學報，2005，15（7）：1013-1018.

[2]李俊鵬，沈健，閆曉東等.多道次熱壓縮過程中7050鋁合金的再結晶行為[J].中國有色金屬學報，2009，19（10）：1754-1758.

[3]王洪斌，孟凡磊，趙紅陽等.固溶處理對鑄軋7050鋁合金顯微組織與性能的影響[J].材料熱處理學報，2013，34（11）：99-103.

[4]王東，馬宗義.軋制工藝對7050鋁合金顯微組織和力學性能的影響[J].金屬學報，2008，44（1）：49-54.