時效時間對擠壓態7075鋁合金組織和性能的影響

□ 閆超杰

閩西職業技術學院 福建龍巖 364021

相對于鑄態合金，擠壓態7075鋁合金由于經過塑性變形，改善了材料的組織和原始鑄造缺陷，并通過后續熱成形更易于獲得較高的機械性能，因此成為航空航天、兵器、交通運輸等領域高性能復雜構件成形制造的首選［1］。目前國內外學者對7075高強鋁合金的研究主要集中在不同熱處理強化相的演化，通過熱處理工藝改進其強度和抗應力腐蝕性能［2］。7075鋁合金熱處理可采用退火、固溶、時效等方法，但一般不采用自然時效處理，其原因是該合金溶質原子團聚區（G.P.）形成速度緩慢，自然時效過程常常需要延續數月才能達到穩定的階段，而且和人工時效相比，抗應力腐蝕能力也較差，故7075鋁合金只進行人工時效處理。本次實驗側重研究了不同時效時間對擠壓態7075鋁合金組織和性能的影響。

1 實驗材料及方法

本實驗采用某鋁合金加工廠生產的7075擠壓棒材，規格為φ30 mm×300 mm。先將所有的試樣放進箱式電阻爐中進行加熱，溫度達到475℃，保溫1.5 h，出爐后迅速放入25℃冷水中進行固溶處理；隨后再將所有試樣放進溫度為120℃的另一電阻爐中進行人工時效處理。根據制定的實驗方案，分別在4 h、8 h、16 h、24 h和32 h后各取出一個試樣，進行空冷，編號分別為①、②、③、④、⑤。

在OLYMPUS GX51光學顯微鏡下觀察試樣的顯微組織；用HB-3000型布氏硬度計對試樣進行布氏硬度（HB）測試，每個試樣測3次，求平均值。將試樣加工成標準拉伸試樣在WDW-100型拉伸實驗機上進行拉伸實驗，測得屈服強度σ0.2和抗拉強度σb；同時用千分尺和游標卡尺測量試樣的延伸率δ和斷面收縮率ψ。

2 實驗結果與分析

▲圖1 時效時間8 h狀態下金相組織

▲圖2 時效時間24 h狀態下金相組織

2.1 金相組織觀察

圖1和圖2分別是時效時間在8 h和24 h狀態下試樣的金相照片。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是主要的強化相。圖1和圖2的主要區別是圖2上的析出相比較多，因為圖2是經過了24 h保溫的，第二相有足夠的時間析出；而圖1則經過8 h保溫，時效不完全。

2.2 時效時間對布氏硬度的影響

由表1可以看出，7075在 120℃時效處理時，其硬度基本是隨著時效時間的延長而上升，但經過一個峰值后又會下降，其原因是：①時效時析出相首先形成G.P.區，其周圍會產生彈性應力場引起硬化，對位錯運動有較大的阻礙作用，隨著時效時間的延長，析出相逐漸長大，引起的應力場及對位錯運動的阻礙都增大。②隨著時效時間的延長，析出相密度也在增大，位錯在析出物之間被嚴重擠壓，位錯運動更加困難，試樣的硬度也隨之升高。但時間超過30 h后析出相會粗化（大于臨界尺寸的會長大，小于的則消失），使其分布密度和彌散程度降低；或者是非共格的穩定析出相代替了共格的、半共格的亞穩定相，使基體內的彈性應力場減弱或消失，出現了過時效，影響了強化效果，所以試樣的硬度又會下降。因為5個試樣的實驗不是同時完成的，但硬度測試是在同一時間做的，可能是①號試樣出爐后有足夠的時間，發生了自然時效，達到了自然時效的峰值，所以硬度比②號試樣高一些。

表1 不同時效時間試樣布氏硬度值/HB

2.3 拉伸試驗結果分析

從表2可以得出，7075鋁合金的強度是隨著時效時間的延長而不斷升高的，只是一開始強度增加的很快，到時效＞20 h后強度基本不變。這與前面分析的析出相有關，開始析出的與基體共格的非穩定相的強化效果明顯，后來析出的穩定相的強化效果比較弱。7075鋁合金固溶處理后的前幾個小時內，會有較好的塑性，是因為固溶處理后形成了塑性較好的α固溶體，在時效初期還沒有形成大量的強化相之前，合金能夠保留較好的塑性。隨著時效時間的延長，合金的塑性不斷降低；但隨著強化相轉變成穩定或亞穩定相，塑性又開始升高。綜合分析，可以得出24 h時效處理可以獲得最好的強度和塑性組合。

表2 拉伸試驗結果

3 結論

（1）將7075鋁合金加熱到475℃，保溫1.5 h，出爐后經25℃冷水固溶處理后，進行溫度為120℃的人工時效處理，保溫時間小于24 h，時效不完全；大于24 h，出現過時效，影響強化效果。

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

［1］ 郭海龍，孫志超，楊合.擠壓態7075鋁合金再結晶經驗模型及應用 ［J］.中國有色金屬學報，2013,23 （6）:1507-1515.

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