固溶处理对7B04铝合金组织及性能的影响

李红英，刘蛟蛟，余玮琛，郝壮志



固溶处理对7B04铝合金组织及性能的影响

李红英1, 2, 3，刘蛟蛟1, 2，余玮琛1, 2，郝壮志1, 2

(1. 中南大学 材料科学与工程学院，长沙410083；2. 中南大学 有色金属材料科学与工程教育部重点实验室，长沙 410083；3. 中南大学 有色金属先进结构材料与制造协同创新中心，长沙 410083)

利用金相组织观察(OM)、扫描电镜分析(SEM)、透射电镜观察(TEM)以及硬度测试，研究固溶处理对7B04铝合金显微组织及硬度的影响。结果表明：实验合金中的相(MgZn2)为易溶相，相(Al2CuMg)为难溶相，含Fe杂质相为不溶相；进行单级固溶处理时，随着固溶温度的升高，实验合金的固溶程度、再结晶程度和再结晶晶粒尺寸增加，当温度超过480 ℃时，出现过烧现象，力学性能恶化，7B04铝合金淬火敏感性较高；双级固溶可有效抑制合金再结晶、降低合金淬火敏感性，实验条件下较好的双级固溶工艺为(450 ℃, 0.5 h)+(490 ℃, 0.5 h)，抑制合金再结晶效果最佳，经120 ℃时效24 h后，硬度达到最大值，为204HV1。

7B04铝合金；双级固溶；淬火敏感性；硬度

7B04铝合金具有良好的强韧匹配性、较好的耐蚀性和疲劳抗性，同时具有较好的热加工性能和焊接性能，作为结构材料广泛应用于航空航天、交通运输和军事领域[1−2]。7B04铝合金为可热处理强化的7xxx铝合金，国内外材料工作者对7xxx铝合金的热处理进行了大量的研究，除了单级时效工艺外，还开发了T73、T76、T74、T77和RRA等多级时效工艺，不断探索新的时效工艺，通过调整合金析出相的形态、大小及分布，满足不同的服役性能要求[3−8]。固溶处理是非常重要的热处理工序，适当的固溶处理可为后续时效处理打下较好的基础，促进时效合金形成细小弥散的析出相[9−10]，从而获得较好的强化效果。较高的固溶温度可进一步提高合金的固溶程度，以达到尽量将合金元素及粗大第二相溶解入基体的目标。但是，随着固溶温度的升高，在固溶程度增大的同时，合金的再结晶程度也在增大，固溶温度增加到一定值甚至会导致合金过烧[11]。再结晶程度提高不仅会弱化合金强度，同时也会增加淬火敏感性，导致淬火冷却过程析出粗大的第二相粒子，成为应力集中和裂纹萌生处，极易导致应力腐蚀开裂，此外，还会降低合金的过饱和程度和时效析出驱动力。过烧会使合金晶界局部出现氧化或熔化，过烧组织无法恢复，淬火时形成龟裂，对合金产生不可逆的损伤，显著恶化合金综合性能。采用多级固溶处理，可以适当提高固溶温度而不产生过烧，从而提高合金固溶效果和淬火后的过饱和度，抑制合金再结晶[12−13]。目前，对于7xxx系铝合金热处理的研究多在淬火和时效处理，研究不同淬火处理和时效制度对合金组织和性能的影响[14−15]。对于多级固溶的系统性研究还较少，而我国的铝合金固溶热处理技术研究与国外相比存在较大差距。本文作者研究不同固溶工艺对7B04铝合金组织性能的影响，旨在提高合金时效析出驱动力和改善合金的综合性能，为工业生产提供理论依据和实践指导。

1 实验

实验材料为工厂提供的7B04铝合金热轧板，来料经熔炼铸造、均匀化退火、锯切铣面和热轧，其化学成分见表1。

表1 7B04铝合金的化学成分

Table 1 Chemical composition of 7B04 aluminium (mass fraction,%)

固溶处理在HXSG2−1200箱式电阻炉进行，固溶工艺如表2所示，其中S1~S5为单级固溶工艺，固溶温度分别为450、460、470、480和490 ℃，加热到不同温度固溶处理1 h，D1~D9为双级固溶工艺，第一级固溶温度分别为440、450和460 ℃，第二级固溶温度分别为470、480和490 ℃，固溶时间均为0.5 h。固溶处理后采用常温水淬冷却至室温，淬火转移时间不大于5 s，淬火后马上在热风循环电炉中进行人工时效，时效工艺均为120 ℃保温24 h。

表2 固溶工艺实验方案

Table 2 Experimental scheme of solution treatment

按照GB/T3246.1−2000对金相样品进行阳极覆膜，称取117 g(H3BO3)于塑料容器内，加入500 mL水，333 mL氢氟酸(1.15 g/mL)，待硼酸溶解完全后冷却，用水稀释至1L，配成所需氟硼酸溶液(16.8g/L)对试样进行阳极覆膜。采用Leica DMI3000金相显微镜在偏光下观察合金的显微组织结构，观察晶粒大小和形貌。

采用Sirion200扫描电镜对样品进行环境扫描分析，主要观察第二相大小、形貌和分布。采用TECNAI G220型透射电镜进行显微组织观察，主要观察淬火冷却析出相和时效析出相形貌、尺寸以及分布，同时观察合金再结晶晶界形貌等。

按照GB/T 4340.1−2009《金属材料维氏硬度试验》进行硬度测试，采用310HVS−5型小负荷维氏硬度计，实验载荷为9.8 N，加载时间为15 s，每个样品取5个点并求平均值。

2 结果与分析

2.1 单级固溶

图1所示为实验合金经不同温度单级固溶1 h后的金相照片。由图1可以看出，合金发生了不同程度的再结晶，随着固溶温度升高，再结晶程度提高，经450 ℃固溶处理后，晶粒基本保持纤维状；经460 ℃和470 ℃固溶后，合金发生部分再结晶，晶粒由长条状向等轴状转变，晶界锯齿化明显，呈现典型再结晶特征；经470 ℃固溶处理后，长条状晶粒较少；当固溶温度大于480 ℃时，观察到大量等轴晶粒，表明合金发生了充分再结晶；经490 ℃固溶处理后，再结晶晶粒长大。