热处理对7075铝合金组织和性能的影响

热处理对热处理对 70757075 铝合金组织和性能的影响铝合金组织和性能的影响 摘要 摘要 对 7075 铝合金进行了固溶和单级时效处理 研究了单级时效对铝合金组织 和性能的影响 结果表明铝合金经单级时效后纤维组织消失 在晶界处生成第二 相粒子 铝合金显微硬度的峰值时效温度为 120 时间为 16h 硬度为 220HV 120 24h 时效后合金的峰值强度为 680 5MPa 本研究中主要阐述热处理 对 7075 铝合金组织和性能的影响 关键词 关键词 热处理 7075 铝合金 组织性能 引言引言 近些年来 铝合金的发展历程先后经历了由单一的追求高强度到追求高强耐腐 蚀 再到追求高强高韧耐腐蚀性能 又到高强高韧耐腐蚀抗疲劳 最终到现在的 追求高淬透性高综合性能五个发展阶段 然后发展方向却集中在以满足高强高韧 铝合金的航空航天领域以及适用于各种使用条件的民用铝合金领域 当前对于铝 合金强韧化以及耐蚀性的研究已经成为了重中之重 相信随着综合性能的提高 铝合金在国民经济发展中的运用将更加广泛 1 1 7xxx7xxx 系铝合金概述系铝合金概述 7xxx 铝合金是以 Al Zn Mg 和 Al Zn Mg Cu 合金为主的一种超高强度铝合金 它是超高系列铝合金的最主要代表 Fe 和 Si 是 7xxx 铝合金的主要有害杂质 较 2xxx 高强度铝合金在强度和硬度方面高出许多 属于热处理可强化的合金 该系 铝合金具有强度高 密度小 易加工 焊接性能良好等优良特点 并且一般耐蚀 性较好 因此在航空航天工业 车辆 建筑 桥梁 工兵装备及大型压力容器方 面得到了广泛的应用 现阶段 7xxx 铝合金的研究主要集中在通过调节合金化元素 和优化热处理工艺来得到高强高韧耐腐蚀的综合性能 1 这也是本文的研究方向 的出发点 该系代表合金如 7005 7050 7075 等 2 2 试验材料与方法 试验材料与方法 试验材料为 7075 铝合金 将铝合金 尺寸为 20mmX20mmX160mm 在盐浴中进行 固溶处理 处理工艺为 480 2h 铝合金固溶处理后在试验箱中进行单级时效处理 时效温度分别为 100 120 150 时效时间为 0 48h 将试样按国标 GB T228 2010 用线切割加工成拉伸试样 用酒精超声清洗去除 表面油污 在 MT810 万能试验机上进行拉伸强度测试 取 5 个试样的平均值 采用 扫描电镜观察拉伸断口形貌 金相试样依次用 400 800 1000 和 1200 砂纸打磨平 整 用 0 05um 的 A1203抛光液进行抛光处理 经 5 的硝酸酒精溶液浸蚀 采用 POLYVAR MET 金相显微镜观察金相组织 采用 MicroMet2104 显微硬度计对试样进行 显微硬度测试 每个 Si 含量试样取五个点进行测量取平均值 2 3 3 实验内容和方法 实验内容和方法 3 1 初级样品的制备 本实验所用常规 7075 铝合金采用铸锭冶金法制备 将铝锭和镁块以及各中间 合金切成合适的大小 并用砂纸打磨干净 按照合金成分配出相应的质量 并将 锌粒 镁块 以及铝铜合金用铝箔包住 然后用锯床将铝锭 镁块以及各种中间 合金锯成合适的大小 并分别配成所需的质量 将电阻炉温度设置为 750 温度 稳定后加入提前 200 下预热的铝锭 待铝锭全部熔化后依次加入铝铬中间合金以 及锌粒 温度回升以后再加入铝铜合金和镁块 温度再次回升到 720 后用高纯氩 气除气 8min 最后待温度再次达到 720 时浇铸到 200 左右预热下的金属模具中 3 2 样品的后续加工 将铸造好的直径为 90mm 的合金锭经过 470 24h 均匀化后热挤压成直径 45mm 的棒材 然后经过线切割制备出符合如图 1 的拉伸实验样品和如图 2 所示的三点 弯曲实验样品 其中跨度 s 为 80mm 厚度 w 为 20mm 宽度 b 为 10mm 裂纹初始长 度为 a0约为 5 6mm 并且将棒材切割成大小合适的硬度样品 图图 1 1 拉伸试验样品拉伸试验样品 图图 2 2 三点弯曲试验样品三点弯曲试验样品 3 3 样品的主要性能检测和分析 本实验主要有 7075 铝合金的硬度 7075 铝合金的抗拉强度和 7075 铝合金的 延伸率三种力学指标 通过金相显微镜和扫描电镜观察合金的微观组织及析出相 分布情况 其中硬度在电子显微硬度计上测量 加载力为 1Kg 加载时间为 15s 在样品上均匀测出五个点 求平均值 疲劳断裂及拉伸断裂性能都在 MTS810 试验 机上面进行 4 4 实验样品组织结构及性能分析 实验样品组织结构及性能分析 4 1RRA 处理后 7075 铝合金组织结构变化 研究表明 合金的硬度与其内部强化析出相的变化有密切的关系 析出强化 理论认为 强化析出相与位错的交互作用的强弱决定硬度的高低 经过 RRA 时效 处理后 合金晶体内部析出相的分布类似于 T6 峰值时效 并且相似程度越大 合 金的硬度越接近 经过 RRA 时效处理后 得到最好的回归工艺为 120 16h 190 lOmin 120 16h 此时合金的硬度为 182 SHV 与 T6 时效的硬度相当 可以猜 测到此时晶体内部的强化相数目较多 和峰值时效时候的状态非常接近 如下图 3 所示 为 T6 峰值时效和 RRA 处理后的 SEM 微观组织图片 由图片可知 通过 RRA 处理后晶体内部的析出相的数目众多 几乎和 T6 时效图片中析出相的数目不 分伯仲 并且析出相更加细小 析出相也更加均匀 协调性更好 这一点也与理 论相符 3 图图 3 3 常规常规 70757075 铝合金铝合金 SEMSEM 微观组织微观组织 另外 在 RRA 处理的高温回归阶段 由于回归温度高 导致第一阶段析出的 强化相会出现回溶现象 如图 4 所示 可能是高温回归时所遗留的没有完全回溶 的析出相 图图 4 4 高温回归阶段没有完全回溶时的析出相高温回归阶段没有完全回溶时的析出相 4 2 实验结果 1 常规 7075 铝合金峰值时效后的裂纹萌生寿命为 97193 强度比为 1 23 硬 度为 181 6HV 抗拉强度为 549MPa 延伸率为 6 4 经过 RRA 处理后 最终得到 硬度最好时的回归制度为 120 16h 190 1Omin 120 16h 此时硬度达到 182 5HV 比 T6 峰值时效硬度略有提高 2 通过三组双级时效处理后 可以得到综合性能最好的双级时效制度为 120 24h 160 3Oh 此时合金的抗拉强度 532MPa 比峰值时效降低了 3 而延 伸率达到 9 1 比峰值时效升高了 41 2 3 通过在最好的双级时效之间引入一个短时高温回归后 得到综合性能最 好时的时效制度为 120 24h 200 5min l60 3Oh 此时抗拉强度为 565MP 延 伸率为 9 6 较不加回归状态的常规 7075 铝合金抗拉强度提高了 6 2 延伸率 提高 5 5 较常规 7075 铝合金 T6 峰值时效 抗拉强度提高了 4 5 延伸率提高 了 28 6 总体来看 通过在常规 7075 铝合金的双级时效之间引入一短时的高温 回归 可以在提高常规 7075 铝合金强度的同时 大幅度的提高延伸率 这对提高 常规 7075 铝合金的断裂韧性具有重要的意义 5 5 结论 结论 常规 7075 铝合金峰值时效后的裂纹萌生寿命为 97193 强度比为 1 23 硬度 为 181 6HV 抗拉强度为 549MPa 延伸率为 6 4 常规 7075 铝合金经过 RRA 处理 后 得到硬度最好时的回归工艺为 120 16h 190 1Omin 120 16h 此时硬度 达到 182 46HV 比 T6 峰值时效略有提高 通过三组双级时效处理后 可以得到综 合性能最好的双级时效制度为 120 24h 160 3Oh 总体来看 通过在常规 7075 铝合金的双级时效之间引入一短时间的高温回归 可以在提高常规 7075 铝合 金强度的同时 大幅度的提高延伸率 这对提高常规 7075 断裂韧性具有很重要的 意义 参考文献参考文献 1 刘