熱處理對(duì)二次軋制Al-Zn-Mg-Cu合金組織及性能影響

陳泓業(yè)

摘 要： 通過維氏硬度測試、拉伸性能測試、光學(xué)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(duì)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(dāng)固溶溫度低于480℃（或固溶時(shí)間小于90min）時(shí)，試驗(yàn)合金以固溶強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化為主，使得合金強(qiáng)硬度增加。當(dāng)固溶溫度高于480℃（或固溶時(shí)間超過90min）時(shí)，試驗(yàn)合金因過燒和再結(jié)晶晶粒長大導(dǎo)致強(qiáng)硬度下降。獲得理想強(qiáng)硬度對(duì)應(yīng)工況為經(jīng)480℃×90min固溶處理后，進(jìn)行125℃×24h人工時(shí)效。

關(guān)鍵詞： 7050鋁合金;鑄軋;二次軋制;熱處理;顯微組織;力學(xué)性能

中圖分類號(hào)：TG146.2

Al-Zn-Mg-Cu系合金憑借其高強(qiáng)度、優(yōu)良斷裂韌性、抗應(yīng)力腐蝕性能及優(yōu)良的淬火敏感性，被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，主要用作飛機(jī)的機(jī)身框架、機(jī)翼梁與衍條，以及飛機(jī)和火箭中高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)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(yè)公司于20世紀(jì)研發(fā)。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(xué)性能及抗應(yīng)力腐蝕性能方面研究較多[4-6]。本文通過改變對(duì)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(duì)不同變形量的鑄軋7050鋁合金力學(xué)性能及顯微組織的影響，為獲得高力學(xué)性能二次軋制板材提供理論依據(jù)。

1實(shí)驗(yàn)材料及方法

本文所使用鑄軋板由立式雙輥鑄軋機(jī)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(jìn)行總壓下量為35%和50%的二次軋制，對(duì)每種壓下量的鋁合金板分成15組，分別在馬弗爐中進(jìn)行保溫時(shí)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(shí)間與固溶溫度組合下合金的組織性能，從而對(duì)比得出最佳熱處理工藝。

試樣固溶處理后水淬，要求淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間在3s以內(nèi)，之后在125℃的真空干燥箱內(nèi)將試樣進(jìn)行24h人工時(shí)效處理。使用線切割機(jī)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(shù)字顯示維式硬度計(jì)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)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(xué)顯微鏡下觀察顯微組織。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 力學(xué)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(jīng)不同固溶溫度及固溶時(shí)間處理后結(jié)合人工時(shí)效機(jī)制的維氏硬度測試圖。由圖可看出，當(dāng)固溶時(shí)間為60min時(shí)，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(dá)到203HVB的峰值，隨后合金的硬度隨溫度升高而降低;當(dāng)固溶時(shí)間為90min時(shí)，合金硬度隨溫度升高呈直線上升，在480℃處同樣達(dá)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(dāng)固溶時(shí)間為120min時(shí)，合金硬度先隨溫度的上升而略有增加，在460℃時(shí)達(dá)到197HVB的峰值，之后合金硬度趨勢轉(zhuǎn)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(jīng)不同固溶溫度及固溶時(shí)間處理后結(jié)合人工時(shí)效機(jī)制的拉伸性能測試結(jié)果。由圖可知，經(jīng)60min固溶處理的合金抗拉強(qiáng)度在480℃以前隨固溶溫度升高而顯著增加，并在480℃達(dá)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(qiáng)度在480℃之前的規(guī)律與固溶處理60min的試樣相同，在480℃達(dá)到629MPa的峰值強(qiáng)度，但隨后抗拉強(qiáng)度隨固溶溫度升高而緩慢降低;經(jīng)120min固溶處理的合金抗拉強(qiáng)度峰值出現(xiàn)在固溶溫度460℃，達(dá)到626MPa，而固溶溫度高于460℃以后，合金抗拉強(qiáng)度逐漸降低。不難發(fā)現(xiàn)，抗拉強(qiáng)度與固溶溫度的曲線關(guān)系和硬度與固溶溫度的曲線關(guān)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(jīng)不同固溶溫度及固溶時(shí)間處理后結(jié)合人工時(shí)效機(jī)制的維氏硬度測試圖?？梢钥吹剑?jīng)60min固溶處理的試樣，合金硬度峰值依然出現(xiàn)在固溶溫度480℃處，達(dá)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(dá)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(xiàn)在固溶溫度460℃處，達(dá)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(jīng)不同固溶溫度及固溶時(shí)間處理后結(jié)合人工時(shí)效機(jī)制的拉伸性能測試結(jié)果。能夠看出，試樣經(jīng)60min固溶處理與試樣經(jīng)90min固溶處理的抗拉強(qiáng)度變化相似，皆為先隨固溶溫度的升高而升高，達(dá)到峰值后趨勢相反，并在固溶溫度為480℃時(shí)達(dá)到峰值抗拉強(qiáng)度。

3結(jié)論

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

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

3）本實(shí)驗(yàn)研究范圍內(nèi)，兩種試驗(yàn)7050鋁合金獲得理想強(qiáng)硬度對(duì)應(yīng)工況相同，皆為經(jīng)480℃×90min固溶處理后，進(jìn)行125℃×24h人工時(shí)效。

參考文獻(xiàn)

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