高強鋁合金不同退火溫度的組織演變規律研究

昆明理工大學材料科學與工程學院 郝 勇 陳佳欣 孟慶猛

高強鋁合金不同退火溫度的組織演變規律研究

昆明理工大學材料科學與工程學院 郝 勇 陳佳欣 孟慶猛

采用高倍光學顯微鏡，X射線衍射(XRD)等手段，對高強鋁合金在不同的退火溫度下前后的顯微組織進行了研究.結果表明：350℃，保溫2.5小時之后的高強鋁合金，其組織變得比較均勻，晶粒有比較明顯的細化.400℃，保溫2.5小時之后的高強鋁合金，其組織進一步均勻化.晶粒變得更加的細小.通過實驗，基本實現了均勻化的目的，晶粒大小范圍在20~50μm，為下一步實驗做好了準備.

高強鋁合金 退火溫度 顯微組織 晶粒

高強鋁合金近年來得到廣泛研究，這類鋁合金屬于A1-Zn-Mg-Cu系合金，具有比重小、強度高、加工性能好等優點，被廣泛應用于航空航天工業和民用交通工具等。隨著現代航空航天和交通事業的發展。對高強鋁合金的性能提出了更高的要求。從而促使國內外研究工作者對高強鋁合金加工工藝規范開展了更加深人的研究和探討，并在近幾年的加工工藝研究中取得了大量的成果。其中的退火工藝是材料加工過程中的重要影響因素，本文通過采用不同的溫度退火工藝，對高強鋁合金退火前后的顯微組織進行研究，為以后的研究與應用提供參考。

均勻化退火即將鑄錠加熱到接近固相線或共晶溫度，長時間保溫后冷卻到室溫，使可溶解的相組織完全或接近完全溶解，形成過飽和固溶體以及少量彌散析出的細小質點。二級均勻化是較早出現的一種均勻化工藝，由于7xxx系鋁合金中共晶相的固溶程度不同。其共晶相組成、共晶溫度及共晶存在的狀態亦不同，故7xxx系鋁較適合二級均勻化。

一、試驗材料及方法

本實驗采用高強鋁合金作為試驗原材料，其化學成分4.93%Zn，1.39%Mg，0.06%Cu，其余為Al.合金的處理狀態是T1，均勻化退火處理的試樣尺寸為10mm×10mm×25mm，采用高溫加熱爐分別在350℃和400℃對高強鋁合金進行均勻化退火，保溫時間是2.5小時，之后隨爐冷卻.得到退火后的試樣。

將試樣依次用400#~1200#的水磨砂紙預磨后進行機械拋光，由于高強鋁合金不易腐蝕出晶界，采用陽極鍍膜法進行腐蝕，采用3%的HF酸和3%的硼酸進行混合，配制腐蝕液.腐蝕液中用鉛板做陽極，同時加以20V的電壓，腐蝕時間20S左右.然后在高倍光學顯微鏡下進行顯微組織的觀察和分析，采用ProgResCapture圖像采集軟件采集圖像，得到結果。

二、實驗結果與分析

1. XRD對強度及元素的檢測。

為了對比退火樣與原樣的強度以及元素成分，對退火樣與原樣進行X射線衍射檢測，如圖所示。

圖1 X射線衍射檢測圖

通過對原樣以及350℃退火樣的XRD的結果分析，我們可以知道，退火樣的強度比原樣有明顯的降低.由此可以分析得到，400℃退火后的高強鋁合金的強度會進一步的降低.高強鋁合金在基體鋁上含有。

2. 原樣及退火樣的顯微組織分析。

圖a顯示了原樣的光學顯微組織。通過觀察可知材料內部有很強的應力集中，晶粒分布不均勻，很難看出有細化的效果。這表明退火前的高強鋁合金有很高的強度，不易進行擠壓變形實驗。

圖 a，b，c 高強鋁合金的退火顯微組織

圖b顯示了350℃均勻化退火后高強鋁合金的光學顯微組織。從圖中可以看到微觀結構特征為：晶粒形態發生了明顯的變化，出現更為細小的晶粒，晶粒的尺寸大概在30~40μm.通過均勻化退火，高強鋁合金的組織達到明顯的細化，組織變得更加的均勻，應力集中得到明顯的改善，這樣更有利于接下來的材料加工實驗。

圖c顯示了400℃均勻化退火后高強鋁合金的光學顯微組織。可以看到出現了很多細小的晶粒，整體組織趨于更加的均勻，晶粒之間的尺寸相差也比較小；說明在400℃均勻化退火后，形成更加均勻一致的晶粒。晶粒細化效果比350℃均勻化退火要明顯，晶粒尺寸接近20μm。此時的高強鋁合金的強度比原樣要低，更適合進一步的加工。

三、結論

1. 隨著退火溫度的升高，高強鋁合金的組織明顯的均勻化，晶粒變得更加的細小。

2. 高強鋁合金的強度變得更小，這樣更有利于進行下一步的材料加工，為日后的實驗做好準備。

3. 微量元素對鋁合金的組織的影響不大，主要是ZnMgCu。

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