固溶处理对汽车用7075铝合金微观组织和力学性能的影响

王亮亮

固溶处理对汽车用7075铝合金微观组织和力学性能的影响

王亮亮

重庆工业职业技术学院,重庆401120

本文以汽车用7075铝合金为研究对象，采用显微硬度仪、扫描电镜、万能试验机等测试方法，研究固溶处理工艺对铝合金显微组织、显微硬度、拉伸性能的影响。结果表明：随固溶温度和固溶时间增长，铝合金的晶粒尺寸、硬度和抗拉强度增大较小，而弹性模量和屈服强度均有大幅上升，断后伸长率有所减小。经475°C/60 min+480 °C/150 min固溶处理后，合金的晶粒尺寸达到261.5 μm；弹性模量达到6702.28 N·mm-2；屈服强度达到472.69 N· mm-2；断后伸长率为14.90%。

7075铝合金;显微组织;显微硬度;拉伸性能

以Al-Zn-Mg-Cu系（简称7xxx系）为主的通过热处理强化的高强铝合金，具有高比强度、低密度、热加工性能良好、优异的焊接性能、耐腐蚀能力强已经高韧性等诸多优点，广泛作为结构材料而运用于汽车领域[1,2]。面对日益严重的环境污染问题，汽车车身减重成为研究的热点。由于铝合金具有低密度、高比强度等特点，其在汽车车身上替代钢铁件越来越多。为了提高铝合金汽车的安全系数，各国材料研究者们非常重视超高强铝合金的研究。

开发超高强铝合金的常用方法为（1）优化设计合金成分；（2）开发创新型制坯方法[3,4]；（3）采用先进的成形加工及热处理工艺[5-7]。其中，热处理是最为重要的环节，其最主要的工艺为固溶时效处理。固溶处理可以促进合金和第二相粒子向基体中的扩散，且在时效处理后析出细小弥散的增强相，达到颗粒增强的效果[8]。本文以汽车用7075铝合金为研究对象，研究固溶处理工艺对7075超高强铝合金组织和性能的影响，为得到合理的工艺参数、提高产品质量提供实验基础。

1 材料与方法

本文试验材料以7075铝合金为基础，讨论固溶处理对合金组织和性能的影响，其成分设计如表1所示。本实验在SX-1000°C系列节能箱式电阻炉与DHG-9145A型电热鼓风干燥箱上进行，具体方案见表2固溶处理实验方案。

试样经XQ-1型镶嵌机镶嵌，采用砂纸打磨并机械抛光，用4%硝酸酒精溶液与苦味酸溶液进行腐蚀得到。用SU8010场发射扫描电子显微镜观察所有试验钢的组织形貌。苦味酸腐蚀后观察其晶粒大小。利用MHV-2000型数显显微维氏硬度计测试合金样品的显微硬度，加载负荷为5 N，保荷时间约为20 s。利用WAW-100A型电子万能试验机检测力学性能，拉伸试样按照GB/T228-2002标准制备，拉伸速率为0.5 mm/min。

表1 7075铝合金设计化学成分(wt%)Table 1 Chemical components of Al 7075 alloy(wt%)

表2 固溶处理实验方案Table 2 Experiment projects of the solid solution treatment

2 结果与讨论

2.1固溶处理对7075铝合金微观组织的影响

图1 不同固溶处理条件下7075铝合金的显微组织Fig.1 Microtissue of Al 7075 alloy under the different solid solution treatment

研究表明，7075铝合金经常规固溶处理后，基体内仍然存在粗大的第二相粒子，难以固溶完全。图1为不同固溶处理工艺对应的铝合金组织微观照片，从图中可以看出，各处理工艺下7075铝合金基体中均存在不溶相，但随着固溶温度的升高和固溶时间的延长，基体中第二相粒子数量明显减少，达到了促进第二相粒子扩散的效果。

表3 不同固溶处理条件下的7075铝合金的晶粒大小Table 3 Grain size of Al 7075 alloy under the different solid solution treatment

表3为7075铝合金晶粒尺寸分布情况，表中可以看出，基体材料的平均晶粒尺寸为163.4 μm，而固溶处理后，1号，2号，3号合金晶粒尺寸分别为209.7 μm、247.8 μm和261.5 μm，因此可知固溶处理温度的升高和时间的延长，均会增大铝合金平均晶粒尺寸。

2.2固溶处理对7075铝合金显微硬度的影响

图2为不同固溶处理工艺对应的7075铝合金显微硬度图。图中显示，与基体相比，固溶处理后铝合金显微硬度均有所增加。在其他工艺相同的条件下，当固溶温度由475°C上升到480°C时，7075铝合金硬度有所下降。对比1号和3号试样可知，随着固溶温度和固溶时间的增加，铝合金硬度由176.66 HV增大到181 HV。综上所述，7075铝合金固溶处理可以促进第二相粒子的扩散，增大晶粒尺寸，从而达到增大硬度的效果。

图2 不同固溶处理条件下7075铝合金的显微硬度Fig.2 Microhardness of Al 7075 alloy under the different solid solution treatment

2.3固溶处理对7075铝合金拉伸性能的影响

表4是不同固溶处理工艺对应的铝合金的拉伸性能。不同处理工艺对铝合金的拉伸性能均有所影响。比较而言，固溶处理后，材料抗拉强度增大较小，而弹性模量和屈服强度均有大幅上升，其中3号试样对应的弹性模量最大，为6702.28 N·mm-2；2号试样对应的屈服强度最大，为504.80 N· mm-2。断后伸长率均有所减小，其中3好试样对应的断后伸长率最小，为14.90%。

表4 不同固溶处理条件下的7075铝合金的拉伸性能Table 4 Tensile properties of Al 7075 alloy under the different solid solution treatment

图3为不同固溶处理后铝合金的拉伸断口的微观形貌图。基体的拉伸断口为层状，几乎没有发生塑性形变，分析可知，其断裂形式为沿晶断裂。固溶处理后的试样断口上均出现了韧窝，有微孔和叠波花样，说明固溶处理改变了铝合金内部组织结构，增多了组织中第二相粒子，而第二相粒子周围易于发生断裂。当固溶温度升高时，断面微孔孔径减小，表明试样2晶粒尺寸较小，延伸率高于试样1。

图3 不同固溶处理工艺下7075铝合金断面微观形貌图Fig.3 Image of the fracture surface of Al 7075 alloy under the different solid solution treatment

3 结论

(1)固溶处理对7075铝合金显微组织有明显影响，随着固溶温度的升高和固溶时间的延长，基体中第二相粒子数量明显减少，第二相粒子扩散明显；

(2)随着固溶温度和固溶时间的增加，7075铝合金的硬度从176.66 HV增大到181 HV；

(3)不同固溶处理工艺对铝合金的拉伸性能均有所影响，材料抗拉强度小幅度增大，而弹性模量和屈服强度均有大幅上升，断后伸长率均有所减小。

[1]王涛,尹志民.高强变形铝合金的研究现状和发展趋势[J].稀有金属,2006,30:197-202

[2]Fang H C,Chen K H.,ZHANG Z,et al.Effect of Yb additions on microstructures and properties of 7A60 aluminum alloy[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2008,18:28-32

[3]陈康华,方华婵,陈祥.复合添加Zr、Cr和Pr对Al-Zn-Mg-Cu合金组织和性能的影响[J].中国有色金属学报,2010,20(2):195-201

[4]Robinson J S.Retrogression reaging and residual stresses in 7010 forgings[J].Fatigue Fracture Engineering Material Structure,1999,22(1):51-57

[5]WU Yi lei,Froes F H.Microstructure and properties of a new super high 2 strength Al-Zn-Mg-Cu alloy C912[J]. Material and Design,1997,426(18):211-215

[6]蹇海根.航空用高强韧Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的研究进展[J].材料热处理,2006,35(12):61-66

[7]CHEN K H,FANG H C,ZHANG Z,et al.Effect of Yb,Cr and Zr additions onrecrystallization and corrosion resistance ofAl–Zn–Mg–Cu alloys[J].Materials Science and EngineeringA,2008,497(1-2):426-431

[8]余忠土,张梅,孙保良,等.常用铝合金及其热处理工艺[J].热处理,2006,21:44-48

The Effect of the Solid Solution Treatment on Microtissue and Mechanics Properties ofAl 7075Alloy

WANG Liang-liang
Chongqing Industry PolytechnicCollege,Chongqing 401120,China

This paper studied the effect of the solid solution treatment process on the microtissue,microhardness and tensile property of aluminum 7075 alloy by means of microhardness tester、SEM、universal tester and so on.Results showed that the grain size,microhardness and tensile strength of Al 7075 had the little increase with the increase of the solid solution temperature and time,while the elastic modulus and yield strength increased significantly,elongation rate decreased.After the solid solution treatment of 475°C/60 min+480°C/150 min,the grain size of the alloy reached 261.5 μ m;elastic modulus reaches 6702.28 N·mm-2;yield strength is up to 472.69 N·mm-2;elongation fracture later is 14.90%.

Al 7075 alloy;microstructure;microhardness;tensile properties

TG156.1

A

1000-2324(2014)05-0717-03

2013-02-12

2013-02-29

王亮亮(1982-),男,黑龙江齐齐哈尔人,汉族,硕士,讲师.研究方向:交通与车辆安全、汽车运行品质.E-mail:wll_ 1211@163.com