高强铝合金不同退火温度的组织演变规律研究

昆明理工大学材料科学与工程学院 郝 勇 陈佳欣 孟庆猛

高强铝合金不同退火温度的组织演变规律研究

昆明理工大学材料科学与工程学院 郝 勇 陈佳欣 孟庆猛

采用高倍光学显微镜，X射线衍射(XRD)等手段，对高强铝合金在不同的退火温度下前后的显微组织进行了研究.结果表明：350℃，保温2.5小时之后的高强铝合金，其组织变得比较均匀，晶粒有比较明显的细化.400℃，保温2.5小时之后的高强铝合金，其组织进一步均匀化.晶粒变得更加的细小.通过实验，基本实现了均匀化的目的，晶粒大小范围在20~50μm，为下一步实验做好了准备.

高强铝合金 退火温度 显微组织 晶粒

高强铝合金近年来得到广泛研究，这类铝合金属于A1-Zn-Mg-Cu系合金，具有比重小、强度高、加工性能好等优点，被广泛应用于航空航天工业和民用交通工具等。随着现代航空航天和交通事业的发展。对高强铝合金的性能提出了更高的要求。从而促使国内外研究工作者对高强铝合金加工工艺规范开展了更加深人的研究和探讨，并在近几年的加工工艺研究中取得了大量的成果。其中的退火工艺是材料加工过程中的重要影响因素，本文通过采用不同的温度退火工艺，对高强铝合金退火前后的显微组织进行研究，为以后的研究与应用提供参考。

均匀化退火即将铸锭加热到接近固相线或共晶温度，长时间保温后冷却到室温，使可溶解的相组织完全或接近完全溶解，形成过饱和固溶体以及少量弥散析出的细小质点。二级均匀化是较早出现的一种均匀化工艺，由于7xxx系铝合金中共晶相的固溶程度不同。其共晶相组成、共晶温度及共晶存在的状态亦不同，故7xxx系铝较适合二级均匀化。

一、试验材料及方法

本实验采用高强铝合金作为试验原材料，其化学成分4.93%Zn，1.39%Mg，0.06%Cu，其余为Al.合金的处理状态是T1，均匀化退火处理的试样尺寸为10mm×10mm×25mm，采用高温加热炉分别在350℃和400℃对高强铝合金进行均匀化退火，保温时间是2.5小时，之后随炉冷却.得到退火后的试样。

将试样依次用400#~1200#的水磨砂纸预磨后进行机械抛光，由于高强铝合金不易腐蚀出晶界，采用阳极镀膜法进行腐蚀，采用3%的HF酸和3%的硼酸进行混合，配制腐蚀液.腐蚀液中用铅板做阳极，同时加以20V的电压，腐蚀时间20S左右.然后在高倍光学显微镜下进行显微组织的观察和分析，采用ProgResCapture图像采集软件采集图像，得到结果。

二、实验结果与分析

1. XRD对强度及元素的检测。

为了对比退火样与原样的强度以及元素成分，对退火样与原样进行X射线衍射检测，如图所示。

图1 X射线衍射检测图

通过对原样以及350℃退火样的XRD的结果分析，我们可以知道，退火样的强度比原样有明显的降低.由此可以分析得到，400℃退火后的高强铝合金的强度会进一步的降低.高强铝合金在基体铝上含有。

2. 原样及退火样的显微组织分析。

图a显示了原样的光学显微组织。通过观察可知材料内部有很强的应力集中，晶粒分布不均匀，很难看出有细化的效果。这表明退火前的高强铝合金有很高的强度，不易进行挤压变形实验。

图 a，b，c 高强铝合金的退火显微组织

图b显示了350℃均匀化退火后高强铝合金的光学显微组织。从图中可以看到微观结构特征为：晶粒形态发生了明显的变化，出现更为细小的晶粒，晶粒的尺寸大概在30~40μm.通过均匀化退火，高强铝合金的组织达到明显的细化，组织变得更加的均匀，应力集中得到明显的改善，这样更有利于接下来的材料加工实验。

图c显示了400℃均匀化退火后高强铝合金的光学显微组织。可以看到出现了很多细小的晶粒，整体组织趋于更加的均匀，晶粒之间的尺寸相差也比较小；说明在400℃均匀化退火后，形成更加均匀一致的晶粒。晶粒细化效果比350℃均匀化退火要明显，晶粒尺寸接近20μm。此时的高强铝合金的强度比原样要低，更适合进一步的加工。

三、结论

1. 随着退火温度的升高，高强铝合金的组织明显的均匀化，晶粒变得更加的细小。

2. 高强铝合金的强度变得更小，这样更有利于进行下一步的材料加工，为日后的实验做好准备。

3. 微量元素对铝合金的组织的影响不大，主要是ZnMgCu。

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