双级时效对7075铝合金显微组织及性能的影响

董 颖

（辽宁忠旺集团有限公司，辽宁 辽阳 111003）

超强铝合金是航空航天领域内的重要结构材料，7075铝合金具有密度低、强度硬度大、韧性和耐腐蚀性能好、加工性能好等优点，广泛运用于航空航天，交通运输、舰艇和武器领域[1]。超高强铝合金是指抗拉强度大于500Mpa的铝合金[2]。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

试验用半连续铸造的φ446mm×730mm的7075铝合金铸锭，成分满足表1中成分要求。经均匀化热处理车皮，用75MN正向挤压机生产。挤压型材为25＊280的实心铝条。

表1 7075铝合金的化学成分（质量分数/%）

1.2 试验设备及检测方法

棒材切500mm试样，固溶设备用Nabertherm高精密淬火炉，控温±3℃，固溶制度：465℃×90min。时效用高精密电热鼓风烘箱，控温±5℃。双级时效试验采用正交设计，根据相关文章[3-5]正交试验方案见表2。

表2 正交试验设计方案

5 2 2 3 1 125℃×7h+165℃×10h 6 2 3 1 2 125℃×8h+145℃×12h 7 3 1 3 2 135℃×6h+165℃×12h 8 3 2 1 3 135℃×7h+145℃×14h 9 3 3 2 1 135℃×8h+155℃×10h

室温力学用日本岛津AG-100KN型电子万能拉伸试验机。硬度试验取平均值见表3。

表3 正交试验结果

K1 36 34.6 32.5 34.9伸长率K2 32.4 33.9 33.9 32.7 K3 32.1 32 34.1 32.9 k1 12 11.5 10.8 11.6 k2 10.8 11.3 11.3 10.9 k3 10.7 10.7 11.4 11极差 1.3 0.9 0.5 0.7优化方案 A1 B1 C2 D1影响大小为A1B1D1C2

2 试验结果与分析

2.1 能谱分析

固溶处理是使Cu、Mg、Zn或Si这类硬化溶质溶入基固溶体中，为时效热处理做准备。

图1第二相的形貌有较小的团聚状黑色颗粒和较大的不规则多边形块状及较规则的四方块状。不规则多边形块状富含Cu、Fe的相，规则的四方块状为富含AlZnMgCuFe的相。

溶解的第二相是AlZnMgCu相，残余的难溶第二相为富含Cu、Fe的相和富含Si、O的相。

2.2 正交试验结果分析

正交试验中，极差越大，影响越大。高温时效相当于稳定化阶段[6]，见表3可以看出：

图2 7075合金显微组织

①强度和硬度性能，四个因素的影响程度顺序为C1＞A2＞B3＞D2。第一级时效温度和时效时间的增加，强度和硬度均先上升后下降；第二级时效温度和时效时间的增加，强度和硬度均下降。②伸长率性能，第一、二级时效温度和时间四个因素的影响程度顺序相同且均为A1＞B1＞D1＞C2。但总的来说，伸长率影响不大。

综上，强度和硬度最优为C1A2B3D2，即125℃×8h+145℃×12h。伸长率，最优为A1B1D1C2，即115℃×6h+155℃×10h。第一级时效的温度影响不大，最终工艺选取为125℃×8h+145℃×12h。

2.3 显微组织分析

上表2的实验进行显微组织试验，对1-9号进行横向显微组织测试，结果如图2。

其中图2，4和5的时效析出相发生了严重的聚集、粗化现象，圆球状和短棒状的第二相可能为η相和η’相，不连续分布的晶界析出相和较宽的晶界无析出带，降低强度和硬度。

3 结论

（1）7075合金的扫描形貌及能谱分析，第二相形貌有较小的团聚状黑色颗粒和较大的不规则多边形块状及较规则的四方块状。溶解的第二相是AlZnMgCu相，残余的难溶第二相为富含Cu、Fe的相和富含Si、O的相。

（2）正交试验结果：强度和硬度性能，影响程度为：二级温度＞一级温度＞一级时间＞二级时间。伸长率性能，影响程度较小。考虑强度、硬度和伸长率，最终工艺为125℃×8h+145℃×12h。

（3）显微组织分析，力学性能大的材料在时效时析出相发生了严重的聚集、粗化和长大现象，圆球状和短棒状的尺寸较大的第二相可能为η相和η’相，出现了较多的不连续分布的晶界析出相和较宽的晶界无析出带，组织严重降低了合金的强度和硬度，但伸长率仍保持在较高的水平。