固溶處理對(duì)汽車(chē)用7075鋁合金微觀組織和力學(xué)性能的影響

王亮亮

固溶處理對(duì)汽車(chē)用7075鋁合金微觀組織和力學(xué)性能的影響

王亮亮

重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,重慶401120

本文以汽車(chē)用7075鋁合金為研究對(duì)象，采用顯微硬度儀、掃描電鏡、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)等測(cè)試方法，研究固溶處理工藝對(duì)鋁合金顯微組織、顯微硬度、拉伸性能的影響。結(jié)果表明：隨固溶溫度和固溶時(shí)間增長(zhǎng)，鋁合金的晶粒尺寸、硬度和抗拉強(qiáng)度增大較小，而彈性模量和屈服強(qiáng)度均有大幅上升，斷后伸長(zhǎng)率有所減小。經(jīng)475°C/60 min+480 °C/150 min固溶處理后，合金的晶粒尺寸達(dá)到261.5 μm；彈性模量達(dá)到6702.28 N·mm-2；屈服強(qiáng)度達(dá)到472.69 N· mm-2；斷后伸長(zhǎng)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(jiǎn)稱(chēng)7xxx系）為主的通過(guò)熱處理強(qiáng)化的高強(qiáng)鋁合金，具有高比強(qiáng)度、低密度、熱加工性能良好、優(yōu)異的焊接性能、耐腐蝕能力強(qiáng)已經(jīng)高韌性等諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛作為結(jié)構(gòu)材料而運(yùn)用于汽車(chē)領(lǐng)域[1,2]。面對(duì)日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，汽車(chē)車(chē)身減重成為研究的熱點(diǎn)。由于鋁合金具有低密度、高比強(qiáng)度等特點(diǎn)，其在汽車(chē)車(chē)身上替代鋼鐵件越來(lái)越多。為了提高鋁合金汽車(chē)的安全系數(shù)，各國(guó)材料研究者們非常重視超高強(qiáng)鋁合金的研究。

開(kāi)發(fā)超高強(qiáng)鋁合金的常用方法為（1）優(yōu)化設(shè)計(jì)合金成分；（2）開(kāi)發(fā)創(chuàng)新型制坯方法[3,4]；（3）采用先進(jìn)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(huán)節(jié)，其最主要的工藝為固溶時(shí)效處理。固溶處理可以促進(jìn)合金和第二相粒子向基體中的擴(kuò)散，且在時(shí)效處理后析出細(xì)小彌散的增強(qiáng)相，達(dá)到顆粒增強(qiáng)的效果[8]。本文以汽車(chē)用7075鋁合金為研究對(duì)象，研究固溶處理工藝對(duì)7075超高強(qiáng)鋁合金組織和性能的影響，為得到合理的工藝參數(shù)、提高產(chǎn)品質(zhì)量提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

本文試驗(yàn)材料以7075鋁合金為基礎(chǔ)，討論固溶處理對(duì)合金組織和性能的影響，其成分設(shè)計(jì)如表1所示。本實(shí)驗(yàn)在SX-1000°C系列節(jié)能箱式電阻爐與DHG-9145A型電熱鼓風(fēng)干燥箱上進(jìn)行，具體方案見(jiàn)表2固溶處理實(shí)驗(yàn)方案。

試樣經(jīng)XQ-1型鑲嵌機(jī)鑲嵌，采用砂紙打磨并機(jī)械拋光，用4%硝酸酒精溶液與苦味酸溶液進(jìn)行腐蝕得到。用SU8010場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察所有試驗(yàn)鋼的組織形貌?？辔端岣g后觀察其晶粒大小。利用MHV-2000型數(shù)顯顯微維氏硬度計(jì)測(cè)試合金樣品的顯微硬度，加載負(fù)荷為5 N，保荷時(shí)間約為20 s。利用WAW-100A型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)力學(xué)性能，拉伸試樣按照GB/T228-2002標(biāo)準(zhǔn)制備，拉伸速率為0.5 mm/min。

表1 7075鋁合金設(shè)計(jì)化學(xué)成分(wt%)Table 1 Chemical components of Al 7075 alloy(wt%)

表2 固溶處理實(shí)驗(yàn)方案Table 2 Experiment projects of the solid solution treatment

2 結(jié)果與討論

2.1固溶處理對(duì)7075鋁合金微觀組織的影響

圖1 不同固溶處理?xiàng)l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(jīng)常規(guī)固溶處理后，基體內(nèi)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(duì)應(yīng)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(shí)間的延長(zhǎng)，基體中第二相粒子數(shù)量明顯減少，達(dá)到了促進(jìn)第二相粒子擴(kuò)散的效果。

表3 不同固溶處理?xiàng)l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(hào)，2號(hào)，3號(hào)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(shí)間的延長(zhǎng)，均會(huì)增大鋁合金平均晶粒尺寸。

2.2固溶處理對(duì)7075鋁合金顯微硬度的影響

圖2為不同固溶處理工藝對(duì)應(yīng)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(dāng)固溶溫度由475°C上升到480°C時(shí)，7075鋁合金硬度有所下降。對(duì)比1號(hào)和3號(hào)試樣可知，隨著固溶溫度和固溶時(shí)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(jìn)第二相粒子的擴(kuò)散，增大晶粒尺寸，從而達(dá)到增大硬度的效果。

圖2 不同固溶處理?xiàng)l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(duì)7075鋁合金拉伸性能的影響

表4是不同固溶處理工藝對(duì)應(yīng)的鋁合金的拉伸性能。不同處理工藝對(duì)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(qiáng)度增大較小，而彈性模量和屈服強(qiáng)度均有大幅上升，其中3號(hào)試樣對(duì)應(yīng)的彈性模量最大，為6702.28 N·mm-2；2號(hào)試樣對(duì)應(yīng)的屈服強(qiáng)度最大，為504.80 N· mm-2。斷后伸長(zhǎng)率均有所減小，其中3好試樣對(duì)應(yīng)的斷后伸長(zhǎng)率最小，為14.90%。

表4 不同固溶處理?xiàng)l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?；w的拉伸斷口為層狀，幾乎沒(méi)有發(fā)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(xiàn)了韌窩，有微孔和疊波花樣，說(shuō)明固溶處理改變了鋁合金內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，增多了組織中第二相粒子，而第二相粒子周?chē)子诎l(fā)生斷裂。當(dāng)固溶溫度升高時(shí)，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(jié)論

(1)固溶處理對(duì)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(shí)間的延長(zhǎng)，基體中第二相粒子數(shù)量明顯減少，第二相粒子擴(kuò)散明顯；

(2)隨著固溶溫度和固溶時(shí)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(duì)鋁合金的拉伸性能均有所影響，材料抗拉強(qiáng)度小幅度增大，而彈性模量和屈服強(qiáng)度均有大幅上升，斷后伸長(zhǎng)率均有所減小。

[1]王濤,尹志民.高強(qiáng)變形鋁合金的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J].稀有金屬,2006,30:197-202

[2]Fang H C,Chen K H.,ZHANG Z,et al.Effect of Yb additions on microstructures and properties of 7A60 aluminum alloy[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2008,18:28-32

[3]陳康華,方華嬋,陳祥.復(fù)合添加Zr、Cr和Pr對(duì)Al-Zn-Mg-Cu合金組織和性能的影響[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào),2010,20(2):195-201

[4]Robinson J S.Retrogression reaging and residual stresses in 7010 forgings[J].Fatigue Fracture Engineering Material Structure,1999,22(1):51-57

[5]WU Yi lei,Froes F H.Microstructure and properties of a new super high 2 strength Al-Zn-Mg-Cu alloy C912[J]. Material and Design,1997,426(18):211-215

[6]蹇海根.航空用高強(qiáng)韌Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金的研究進(jìn)展[J].材料熱處理,2006,35(12):61-66

[7]CHEN K H,FANG H C,ZHANG Z,et al.Effect of Yb,Cr and Zr additions onrecrystallization and corrosion resistance ofAl–Zn–Mg–Cu alloys[J].Materials Science and EngineeringA,2008,497(1-2):426-431

[8]余忠土,張梅,孫保良,等.常用鋁合金及其熱處理工藝[J].熱處理,2006,21:44-48

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(chē)輛安全、汽車(chē)運(yùn)行品質(zhì).E-mail:wll_ 1211@163.com