時(shí)效時(shí)間對(duì)擠壓態(tài)7075鋁合金組織和性能的影響

□ 閆超杰

閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 福建龍巖 364021

相對(duì)于鑄態(tài)合金，擠壓態(tài)7075鋁合金由于經(jīng)過塑性變形，改善了材料的組織和原始鑄造缺陷，并通過后續(xù)熱成形更易于獲得較高的機(jī)械性能，因此成為航空航天、兵器、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域高性能復(fù)雜構(gòu)件成形制造的首選［1］。目前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)7075高強(qiáng)鋁合金的研究主要集中在不同熱處理強(qiáng)化相的演化，通過熱處理工藝改進(jìn)其強(qiáng)度和抗應(yīng)力腐蝕性能［2］。7075鋁合金熱處理可采用退火、固溶、時(shí)效等方法，但一般不采用自然時(shí)效處理，其原因是該合金溶質(zhì)原子團(tuán)聚區(qū)（G.P.）形成速度緩慢，自然時(shí)效過程常常需要延續(xù)數(shù)月才能達(dá)到穩(wěn)定的階段，而且和人工時(shí)效相比，抗應(yīng)力腐蝕能力也較差，故7075鋁合金只進(jìn)行人工時(shí)效處理。本次實(shí)驗(yàn)側(cè)重研究了不同時(shí)效時(shí)間對(duì)擠壓態(tài)7075鋁合金組織和性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

本實(shí)驗(yàn)采用某鋁合金加工廠生產(chǎn)的7075擠壓棒材，規(guī)格為φ30 mm×300 mm。先將所有的試樣放進(jìn)箱式電阻爐中進(jìn)行加熱，溫度達(dá)到475℃，保溫1.5 h，出爐后迅速放入25℃冷水中進(jìn)行固溶處理；隨后再將所有試樣放進(jìn)溫度為120℃的另一電阻爐中進(jìn)行人工時(shí)效處理。根據(jù)制定的實(shí)驗(yàn)方案，分別在4 h、8 h、16 h、24 h和32 h后各取出一個(gè)試樣，進(jìn)行空冷，編號(hào)分別為①、②、③、④、⑤。

在OLYMPUS GX51光學(xué)顯微鏡下觀察試樣的顯微組織；用HB-3000型布氏硬度計(jì)對(duì)試樣進(jìn)行布氏硬度（HB）測試，每個(gè)試樣測3次，求平均值。將試樣加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣在WDW-100型拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，測得屈服強(qiáng)度σ0.2和抗拉強(qiáng)度σb；同時(shí)用千分尺和游標(biāo)卡尺測量試樣的延伸率δ和斷面收縮率ψ。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

▲圖1 時(shí)效時(shí)間8 h狀態(tài)下金相組織

▲圖2 時(shí)效時(shí)間24 h狀態(tài)下金相組織

2.1 金相組織觀察

圖1和圖2分別是時(shí)效時(shí)間在8 h和24 h狀態(tài)下試樣的金相照片。由分析可知，圖中灰白色的是基體（α）， 黑點(diǎn)是析出相 （S、T）。7075的基本相組成為 α（Al）+θ（Al2Cu）+S(Al2CuMg)+MgZn2+T(Al2Mg3Zn3)，其中S、T、MgZn2是主要的強(qiáng)化相。圖1和圖2的主要區(qū)別是圖2上的析出相比較多，因?yàn)閳D2是經(jīng)過了24 h保溫的，第二相有足夠的時(shí)間析出；而圖1則經(jīng)過8 h保溫，時(shí)效不完全。

2.2 時(shí)效時(shí)間對(duì)布氏硬度的影響

由表1可以看出，7075在 120℃時(shí)效處理時(shí)，其硬度基本是隨著時(shí)效時(shí)間的延長而上升，但經(jīng)過一個(gè)峰值后又會(huì)下降，其原因是：①時(shí)效時(shí)析出相首先形成G.P.區(qū)，其周圍會(huì)產(chǎn)生彈性應(yīng)力場引起硬化，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有較大的阻礙作用，隨著時(shí)效時(shí)間的延長，析出相逐漸長大，引起的應(yīng)力場及對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙都增大。②隨著時(shí)效時(shí)間的延長，析出相密度也在增大，位錯(cuò)在析出物之間被嚴(yán)重?cái)D壓，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)更加困難，試樣的硬度也隨之升高。但時(shí)間超過30 h后析出相會(huì)粗化（大于臨界尺寸的會(huì)長大，小于的則消失），使其分布密度和彌散程度降低；或者是非共格的穩(wěn)定析出相代替了共格的、半共格的亞穩(wěn)定相，使基體內(nèi)的彈性應(yīng)力場減弱或消失，出現(xiàn)了過時(shí)效，影響了強(qiáng)化效果，所以試樣的硬度又會(huì)下降。因?yàn)?個(gè)試樣的實(shí)驗(yàn)不是同時(shí)完成的，但硬度測試是在同一時(shí)間做的，可能是①號(hào)試樣出爐后有足夠的時(shí)間，發(fā)生了自然時(shí)效，達(dá)到了自然時(shí)效的峰值，所以硬度比②號(hào)試樣高一些。

表1 不同時(shí)效時(shí)間試樣布氏硬度值/HB

2.3 拉伸試驗(yàn)結(jié)果分析

從表2可以得出，7075鋁合金的強(qiáng)度是隨著時(shí)效時(shí)間的延長而不斷升高的，只是一開始強(qiáng)度增加的很快，到時(shí)效＞20 h后強(qiáng)度基本不變。這與前面分析的析出相有關(guān)，開始析出的與基體共格的非穩(wěn)定相的強(qiáng)化效果明顯，后來析出的穩(wěn)定相的強(qiáng)化效果比較弱。7075鋁合金固溶處理后的前幾個(gè)小時(shí)內(nèi)，會(huì)有較好的塑性，是因?yàn)楣倘芴幚砗笮纬闪怂苄暂^好的α固溶體，在時(shí)效初期還沒有形成大量的強(qiáng)化相之前，合金能夠保留較好的塑性。隨著時(shí)效時(shí)間的延長，合金的塑性不斷降低；但隨著強(qiáng)化相轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定或亞穩(wěn)定相，塑性又開始升高。綜合分析，可以得出24 h時(shí)效處理可以獲得最好的強(qiáng)度和塑性組合。

表2 拉伸試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

（1）將7075鋁合金加熱到475℃，保溫1.5 h，出爐后經(jīng)25℃冷水固溶處理后，進(jìn)行溫度為120℃的人工時(shí)效處理，保溫時(shí)間小于24 h，時(shí)效不完全；大于24 h，出現(xiàn)過時(shí)效，影響強(qiáng)化效果。

（2）時(shí)效時(shí)間為24 h，彌散分布的析出相較多，布氏硬度達(dá)到峰值，可以獲得最好的強(qiáng)度和塑性組合。

［1］ 郭海龍，孫志超，楊合.擠壓態(tài)7075鋁合金再結(jié)晶經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ图皯?yīng)用 ［J］.中國有色金屬學(xué)報(bào)，2013,23 （6）:1507-1515.

［2］ 黃偉九，張國鑫，張小彬.時(shí)效處理對(duì)7075鋁合金摩擦學(xué)性能的影響［J］.材料熱處理學(xué)報(bào)，2013，34（11）：132-137.