摘要：7075合金属于沉淀硬化型铝合金，属于超高强变形铝合金[1]。因具有密度小、比强度高、韧性好、易于成型和加工以及成本较低等一系列优点，广泛应用于航空航天、汽车结构件和其他要求轻量化、高强度和良好的耐蚀性等高应力结构部件[2]。本文通过显微组织、扫描电镜及能谱分析和室温拉伸等方法，研究不同的固溶温度和保温时间对7075合金力学性能的影响。
关键词：超高强铝合金；显微组织；析出相；强度
固溶处理是一种重要的铝合金的热处理方式，对铝合金的综合性能有显著的影响，而固溶处理温度和保温时间是影响铝合金固溶处理的主要因素，固溶使得合金中的第二相和非平衡共晶相溶解，经过人工时效后，金属基体中析出于大量弥散强化相，使得合金得到强化[3]。。林高用[4]等对7075合金进行强化处理，发现提高固溶温度有利于合金中的第二相和非平衡共晶相的固溶。目前主要研究主要集中在不同的固溶温度对7075合金强度的影响，对固溶温度和保温时间两因素共同影响的研究较少。本论文研究固溶温度和保温时间两个因素共同作用下，对7075板材力学性能的影响，找到7075合金的最佳热处理制度，为工厂生产提供参考。
1、试验方法
试验选用的母材为1.9mm冷轧7075合金板材，板材的化学成分如表1所示（均为质量百分比）。采用空气循环炉对合金进行加热，采用巡检仪对金属板材进行测温，固溶温度分别选取475℃、480℃、485℃和490℃，板材到温后开始计时，达到保温时间后从固溶炉取出水淬，水温为25℃，淬火转移时间不超过5S。板材保温时间分别为0min、5min和10min，然后放入时效炉进行时效，时效制度为120℃×24h。检测时效后板材的力学性能，力学性能的检测标准为ASTMB557M，并观察板材不同取向位置的显微组织。
表1 本实验采用7075合金的化学成分
2、试验结果与分析
不同固溶温度和保温时间对7075-T6板材力学性能如图1所示。相同的保温时间下，抗拉强度和屈服强度随着固溶温度的升高而升高，当保温时间为0min时，随着固溶温度的升高，强度升高明显。随着保温时间的增加，固溶温度对强度的影响降低，强度随固溶温度升高而升高的趋势降低。当固溶温度相同时，板材强度随着保温时间的延长而升高，强度升高趋势线明显升高，随着保温时间的延长强度升高趋势降低。
图1不同固溶温度和保温时间对7075-T6板材力学性能的影响
不同固溶温度和保温时间的的7075-T6板材的显微组织如图3所示，所有制度的合金组织中均未出现复熔球、宽化晶界和三角晶界，板材均未出现过烧。图A1、A2和A3相比，随着保温时间的延长，图中的剩余化合物的数量明显减少，化合物的尺寸明显减少。
图B1、B2和B3相比以及C1、C2和C3相比，化合物的数量和尺寸均随着保温时间延长而减少。图D1、D2和D3，化合物数量和尺寸随保温时间的延长而减小的趋势明显降低。
对比A1、B1、C1和D1，随着过固溶温度的升高，合金剩余第二相的数量和尺寸明显减少。对比A2、B2、C2和D2，保温时间同为5min，剩余第二相的数量和尺寸随固溶温度升高减少，但是变化趋势已经减弱。对比A3、B3、C3和D3，发现保温时间为10min时，不同固溶温度下剩余第二相的数量和尺寸基本相同，固溶温度对化合物影响较小。
图2 不同固溶温度和保温时间下7075合金的显微组织
A1固溶制度475℃×0min A2固溶制度475℃×5min A3固溶制度475℃×10min
B1固溶制度480℃×0min B2固溶制度480℃×5min B3固溶制度480℃×10min
C1固溶制度485℃×0min C2固溶制度485℃×5min C3固溶制度485℃×10min
D1固溶制度490℃×0min D2固溶制度490℃×5min D3固溶制度490℃×10min
3、分析与讨论
时效强化是7系铝合金的主要强化手段。固溶处理后得到的是一种不稳定的过饱和固溶体，时效过程就是过饱和固溶体的发生分解的过程。7系铝合金时效析出序列如公式1所示：
过饱和固溶体→富空位溶质原子簇→GP区（GPⅠ和GPⅡ区）→η’→ η （1）
弥散析出的强化粒子在金属变形时，位错将绕过粒子继续移动，并留下包围粒子的位错环，位错在绕过粒子时受到很大的阻力，从而产生强化作用。固溶处理可使合金中的粗大第二相充分溶入基体，形成过饱和固溶体，过饱和固溶体通，过公式1进行进行分解，形成大量弥散强化相，使得合金合金得到强化。7075合金中化合物的数量固定，当经过充分的固溶，大部分化合物和非平衡相转变为过饱和固溶体，过饱和固溶体在时效过程中转变为弥散强化相，剩余第二相数量越多，过饱和固溶体数量就越少，起强化作用的弥散析出相数量越少，合金的强度就越低。
当保温时间为5min和10min时，在固溶温度为450-480℃内，随着固溶温度的不断升高，合金的固溶度不断增大，剩余第二相的数量减少，随之合金强度不断升高，当固溶温度超过485℃，合金的固溶度不能继续提高，合金中的剩余第二相的尺寸和数量基本不随固溶温度的升高而变化，合金强度出现平稳趋势。当保温时间较短时，化合物的溶解不充分，固溶温度升高，化合物溶解速度增加，所以当保温时间较短时，随着固溶温度的增加，合金中的剩余第二数量减少和尺寸明显减小，合金强度不断升高。当固溶温度相同时，随着保温时间的延长，合金中的化合物溶解程度增加，合金中的剩余第二相数量减少和尺寸减小，合金强度不断增加，随着时间延长，可溶的第二相基本已经完全溶解至基体中，剩下的多为难溶或不溶的第二相颗粒，此时固溶效果已经达到较高程度，合金的强度处于较高水平，合金强度不再明显提高。固溶温度升高，化合物溶解速度较快，固溶效果达到较高平水平所需的时间较短，随固溶温度升高，合金强度随保温时间变化趋势逐渐减弱。
结论
（1）所有热处理制度的1.9mm厚7075-T6板材性能均满足GB/T3880、EN485和ASTMB209性能要求。
（2）随着固溶温度的升高和保温时间的延长，组织中剩余第二相尺寸减小，数量减少，合金的强度均呈现先升高后趋于稳定的趋势。
（3）所有制度均未出现过烧现象，这与板材厚度较薄，在熔铸时采用先进的熔体净化技术、热轧中采用大压下量，化合物尺寸较小且分布较为均匀有关。
（4）根据7075板材的显微组织、力学性能、能耗和生产程度，选取最佳固溶制度为：固溶温度为485℃，保温时间为5min。
参考文献：
[1] 田福全，李念奎，崔建忠。超高强铝合金强韧化的发展过程及方向[J].轻合金加工技术，2005，33（12）；1-9
[2] Willians JC，Starjke E A Progress in Structural Materials for Aerospace Systems [J]Acta Materialia，2003，51（19）：5775-5799
[3] Xu D K，Rometsch P A，Birbilis N，Improved solution Treatment for an as-rolled Al-Zn-Mg-Cu Alloy.Part Ⅱ.Microstructure and mechanical Properties [M].Langford lane，Kidington，Oxford，OX51GB，United Kingdom：2012，534：244-252
[4]林高用，彭大暑，戴圣明，等.强化桂荣处理对7075合金组的影响[J].金属热处理，2002，27（11）：30-33
论文作者:赵俊才,崔学团,蔡鹏程,金雪
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/22
标签：合金论文; 温度论文; 时间论文; 板材论文; 强度论文; 制度论文; 化合物论文; 《基层建设》2019年第12期论文;