热处理对二次轧制Al-Zn-Mg-Cu合金组织及性能影响

陈泓业

摘 要： 通过维氏硬度测试、拉伸性能测试、光学显微镜观察、扫描电子显微镜观察及能谱分析等方法，研究了固溶处理对二次轧制总压下量为35%和50%的铸轧7050铝合金组织及性能的影响。研究表明：当固溶温度低于480℃（或固溶时间小于90min）时，试验合金以固溶强化和细晶强化为主，使得合金强硬度增加。当固溶温度高于480℃（或固溶时间超过90min）时，试验合金因过烧和再结晶晶粒长大导致强硬度下降。获得理想强硬度对应工况为经480℃×90min固溶处理后，进行125℃×24h人工时效。

关键词： 7050铝合金;铸轧;二次轧制;热处理;显微组织;力学性能

中图分类号：TG146.2

Al-Zn-Mg-Cu系合金凭借其高强度、优良断裂韧性、抗应力腐蚀性能及优良的淬火敏感性，被广泛应用于航空航天领域，主要用作飞机的机身框架、机翼梁与衍条，以及飞机和火箭中高强度结构件的制造[1-3]。7050铝合金属于该系的一种重要铝合金，由Alcoa铝业公司于20世纪研发。目前，7050铝合金在热处理工艺、微合金化和二次轧制工艺等综合提高其力学性能及抗应力腐蚀性能方面研究较多[4-6]。本文通过改变对二次轧制的铸轧7050铝合金板的热处理工艺，得到了热处理工艺对不同变形量的铸轧7050铝合金力学性能及显微组织的影响，为获得高力学性能二次轧制板材提供理论依据。

1实验材料及方法

本文所使用铸轧板由立式双辊铸轧机铸轧得到，采用上注式铸轧工艺，获得厚度为5mm的7050铝合金板。将铸轧板在420℃下分别进行总压下量为35%和50%的二次轧制，对每种压下量的铝合金板分成15组，分别在马弗炉中进行保温时间为60min、90min、120min与固溶温度为440℃、460℃、480℃、500℃、520℃的热处理，以分析不同保温时间与固溶温度组合下合金的组织性能，从而对比得出最佳热处理工艺。

试样固溶处理后水淬，要求淬火转移时间在3s以内，之后在125℃的真空干燥箱内将试样进行24h人工时效处理。使用线切割机将试样制成常温拉伸试样与块状试样，分别在三思拉伸仪和数字显示维式硬度计上进行拉伸试验与硬度测试。最后切取试样抛光并腐蚀，在扫描电子显微镜及光学显微镜下观察显微组织。

2实验结果及讨论

2.1 力学性能

图1（a）是二次轧制总压下量为35%的7050铝合金铸轧板材经不同固溶温度及固溶时间处理后结合人工时效机制的维氏硬度测试图。由图可看出，当固溶时间为60min时，合金硬度先随固溶温度的升高而增加，460℃以后，合金硬度随温度的升高增加显著，在480℃处达到203HVB的峰值，随后合金的硬度随温度升高而降低;当固溶时间为90min时，合金硬度随温度升高呈直线上升，在480℃处同样达到峰值203HVB，随后合金硬度随温度升高而降低，在500℃以后，硬度降低幅度增加;当固溶时间为120min时，合金硬度先随温度的上升而略有增加，在460℃时达到197HVB的峰值，之后合金硬度趋势转向，随温度的升高而降低。

图1（b）是二次轧制总压下量为35%的7050铝合金铸轧板材经不同固溶温度及固溶时间处理后结合人工时效机制的拉伸性能测试结果。由图可知，经60min固溶处理的合金抗拉强度在480℃以前随固溶温度升高而显著增加，并在480℃达到峰值627MPa，之后随固溶温度的升高降低明显;固溶处理90min的合金抗拉强度在480℃之前的规律与固溶处理60min的试样相同，在480℃达到629MPa的峰值强度，但随后抗拉强度随固溶温度升高而缓慢降低;经120min固溶处理的合金抗拉强度峰值出现在固溶温度460℃，达到626MPa，而固溶温度高于460℃以后，合金抗拉强度逐渐降低。不难发现，抗拉强度与固溶温度的曲线关系和硬度与固溶温度的曲线关系相似。

图2（a）是二次轧制总压下量为50%的7050铝合金铸轧板材经不同固溶温度及固溶时间处理后结合人工时效机制的维氏硬度测试图。可以看到，经60min固溶处理的试样，合金硬度峰值依然出现在固溶温度480℃处，达到200HVB，在峰值硬度以后，硬度随固溶温度升高降低速度减缓;90min固溶处理试样合金硬度在达到峰值硬度203HVB以前，维氏硬度与固溶温度曲线斜率逐渐增加，峰值硬度以后，硬度随固溶温度升高而快速降低;固溶处理120min的合金硬度峰值出现在固溶温度460℃处，达到199HVB，随后硬度随固溶温度升高而下降。

图2（b）是二次轧制总压下量为50%的7050铝合金铸轧板材经不同固溶温度及固溶时间处理后结合人工时效机制的拉伸性能测试结果。能够看出，试样经60min固溶处理与试样经90min固溶处理的抗拉强度变化相似，皆为先随固溶温度的升高而升高，达到峰值后趋势相反，并在固溶温度为480℃时达到峰值抗拉强度。

3结论

1）对于经二次轧制总压下量为35%和50%的试验7050铝合金，在相同固溶时间下，合金强硬度先随固溶温度的升高而增加，达到峰值后，合金强度逐渐降低;在固溶温度为480℃以上时，合金强硬度随固溶时间的延长先增加，后降低;

2）固溶温度低于480℃（或固溶时间小于90min）时，以固溶强化和细晶强化为主导因素导致两种试验7050铝合金强硬度增加;固溶温度高于480℃（或固溶时间超过90min）时，因过烧和再结晶晶粒长大为主导因素导致两种试验7050铝合金强硬度下降;

3）本实验研究范围内，两种试验7050铝合金獲得理想强硬度对应工况相同，皆为经480℃×90min固溶处理后，进行125℃×24h人工时效。

参考文献

[1]张永安，朱宝宏，刘红伟等.Zn含量对喷射成形7×××系高强铝合金组织与性能的影响[J].中国有色金属学报，2005，15（7）：1013-1018.

[2]李俊鹏，沈健，闫晓东等.多道次热压缩过程中7050铝合金的再结晶行为[J].中国有色金属学报，2009，19（10）：1754-1758.

[3]王洪斌，孟凡磊，赵红阳等.固溶处理对铸轧7050铝合金显微组织与性能的影响[J].材料热处理学报，2013，34（11）：99-103.

[4]王东，马宗义.轧制工艺对7050铝合金显微组织和力学性能的影响[J].金属学报，2008，44（1）：49-54.