雙級(jí)時(shí)效對(duì)7075鋁合金顯微組織及性能的影響

董 穎

（遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽(yáng) 111003）

超強(qiáng)鋁合金是航空航天領(lǐng)域內(nèi)的重要結(jié)構(gòu)材料，7075鋁合金具有密度低、強(qiáng)度硬度大、韌性和耐腐蝕性能好、加工性能好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛運(yùn)用于航空航天，交通運(yùn)輸、艦艇和武器領(lǐng)域[1]。超高強(qiáng)鋁合金是指抗拉強(qiáng)度大于500Mpa的鋁合金[2]。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用半連續(xù)鑄造的φ446mm×730mm的7075鋁合金鑄錠，成分滿足表1中成分要求。經(jīng)均勻化熱處理車皮，用75MN正向擠壓機(jī)生產(chǎn)。擠壓型材為25＊280的實(shí)心鋁條。

表1 7075鋁合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

1.2 試驗(yàn)設(shè)備及檢測(cè)方法

棒材切500mm試樣，固溶設(shè)備用Nabertherm高精密淬火爐，控溫±3℃，固溶制度：465℃×90min。時(shí)效用高精密電熱鼓風(fēng)烘箱，控溫±5℃。雙級(jí)時(shí)效試驗(yàn)采用正交設(shè)計(jì)，根據(jù)相關(guān)文章[3-5]正交試驗(yàn)方案見(jiàn)表2。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

5 2 2 3 1 125℃×7h+165℃×10h 6 2 3 1 2 125℃×8h+145℃×12h 7 3 1 3 2 135℃×6h+165℃×12h 8 3 2 1 3 135℃×7h+145℃×14h 9 3 3 2 1 135℃×8h+155℃×10h

室溫力學(xué)用日本島津AG-100KN型電子萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)。硬度試驗(yàn)取平均值見(jiàn)表3。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

K1 36 34.6 32.5 34.9伸長(zhǎng)率K2 32.4 33.9 33.9 32.7 K3 32.1 32 34.1 32.9 k1 12 11.5 10.8 11.6 k2 10.8 11.3 11.3 10.9 k3 10.7 10.7 11.4 11極差 1.3 0.9 0.5 0.7優(yōu)化方案 A1 B1 C2 D1影響大小為A1B1D1C2

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 能譜分析

固溶處理是使Cu、Mg、Zn或Si這類硬化溶質(zhì)溶入基固溶體中，為時(shí)效熱處理做準(zhǔn)備。

圖1第二相的形貌有較小的團(tuán)聚狀黑色顆粒和較大的不規(guī)則多邊形塊狀及較規(guī)則的四方塊狀。不規(guī)則多邊形塊狀富含Cu、Fe的相，規(guī)則的四方塊狀為富含AlZnMgCuFe的相。

溶解的第二相是AlZnMgCu相，殘余的難溶第二相為富含Cu、Fe的相和富含Si、O的相。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

正交試驗(yàn)中，極差越大，影響越大。高溫時(shí)效相當(dāng)于穩(wěn)定化階段[6]，見(jiàn)表3可以看出：

圖2 7075合金顯微組織

①?gòu)?qiáng)度和硬度性能，四個(gè)因素的影響程度順序?yàn)镃1＞A2＞B3＞D2。第一級(jí)時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間的增加，強(qiáng)度和硬度均先上升后下降；第二級(jí)時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間的增加，強(qiáng)度和硬度均下降。②伸長(zhǎng)率性能，第一、二級(jí)時(shí)效溫度和時(shí)間四個(gè)因素的影響程度順序相同且均為A1＞B1＞D1＞C2。但總的來(lái)說(shuō)，伸長(zhǎng)率影響不大。

綜上，強(qiáng)度和硬度最優(yōu)為C1A2B3D2，即125℃×8h+145℃×12h。伸長(zhǎng)率，最優(yōu)為A1B1D1C2，即115℃×6h+155℃×10h。第一級(jí)時(shí)效的溫度影響不大，最終工藝選取為125℃×8h+145℃×12h。

2.3 顯微組織分析

上表2的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行顯微組織試驗(yàn)，對(duì)1-9號(hào)進(jìn)行橫向顯微組織測(cè)試，結(jié)果如圖2。

其中圖2，4和5的時(shí)效析出相發(fā)生了嚴(yán)重的聚集、粗化現(xiàn)象，圓球狀和短棒狀的第二相可能為η相和η’相，不連續(xù)分布的晶界析出相和較寬的晶界無(wú)析出帶，降低強(qiáng)度和硬度。

3 結(jié)論

（1）7075合金的掃描形貌及能譜分析，第二相形貌有較小的團(tuán)聚狀黑色顆粒和較大的不規(guī)則多邊形塊狀及較規(guī)則的四方塊狀。溶解的第二相是AlZnMgCu相，殘余的難溶第二相為富含Cu、Fe的相和富含Si、O的相。

（2）正交試驗(yàn)結(jié)果：強(qiáng)度和硬度性能，影響程度為：二級(jí)溫度＞一級(jí)溫度＞一級(jí)時(shí)間＞二級(jí)時(shí)間。伸長(zhǎng)率性能，影響程度較小。考慮強(qiáng)度、硬度和伸長(zhǎng)率，最終工藝為125℃×8h+145℃×12h。

（3）顯微組織分析，力學(xué)性能大的材料在時(shí)效時(shí)析出相發(fā)生了嚴(yán)重的聚集、粗化和長(zhǎng)大現(xiàn)象，圓球狀和短棒狀的尺寸較大的第二相可能為η相和η’相，出現(xiàn)了較多的不連續(xù)分布的晶界析出相和較寬的晶界無(wú)析出帶，組織嚴(yán)重降低了合金的強(qiáng)度和硬度，但伸長(zhǎng)率仍保持在較高的水平。