轧制变形量对AA7085铝合金组织和性能的影响

黎 勇

（西南铝业（集团）有限责任公司，重庆 九龙坡 401326）

0 前言

AA7085铝合金是于2003年由美国ALCOA锻造产业公司开发的新型Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金[1、2]。相对于一些传统Al-Zn-Mg-Cu系铝合金（如AA7050），AA7085铝合金具有淬透性好、高强度、高抗疲劳性能、高抗应力腐蚀性能与剥落性能的优点。特别是其具有的良好的淬透性，更好的抗损伤性能，更适用于大厚度的结构件，因此该合金具有良好的应用前景。新型高强7085 铝合金由于熔铸性以及淬透性好，其锻件最大厚度可达240mm，在新一代大飞机结构件中的应用潜力巨大。利用AA7085铝合金已成功地制成迄今为止最大的1个飞机模锻件并应用在A380飞机后翼梁上，重约3.9t[3～9]。由于超高强铝合金在常温条件下的塑性较差, 一般需经高温塑性加工成形。

目前对于AA7085铝合金的研究主要集中于热处理工艺制度上。文献[10]研究了AA7085铝合金板材在同一时效处理（120℃，24h）下的不同固溶处理方式所带来的组织和性能的差异。当采用常规固溶处理（450℃，1h→480℃，2h→WQ）时，强度σb=540MPa，电导率（用来表征抗SCC性能）为29.3%IACS；采用高温预析出处理（450℃，0.5h→480℃，2h→455℃，0.5h→WQ）时，σb=521MPa，电导率为31.1%IACS；采用部分重固溶处理（450℃，1h→480℃，2h→455℃，0.5h→470℃，5min→WQ）时，σb=515MPa，电导率为32.2%IACS。部分重固溶处理相比于常规固溶处理方式，晶界处产生非连续析出，η-MgZn2析出相较小，离散度较大，腐蚀时离子的溶解速度降低，抗腐蚀性能提高。同时，采用部分重固溶处理使得基体过饱和度降低，时效析出相减少，从而降低了强化效果。

文献[11]研究了不同时效制度对AA7085铝合金锻件的组织和性能得到影响。与T6 时效合金相比，合金经T74 时效的抗应力腐蚀和抗剥落腐蚀性能提高，但强度显著降低；经RRA 时效处理，合金保持了较高强度的同时，应力腐蚀性能敏感性降低，抗剥落腐蚀性能提高；在腐蚀溶液中，极化曲线测试也表现出同样的趋势；合金经过RRA时效处理，形成粗大且不连续的晶界析出相是提高腐蚀性能的主要原因。

目前关于7085铝合金的轧制工艺研究较少，国际上也因其加工工艺保密而获得的有效信息较少，轧制变形量对合金组织和性能的研究不多。本文目的是研究AA7085合金轧制变形量对其组织和性能的影响，找出符合实际需求的较合适的轧制工艺变形量，据此亦能进行工艺的优化并对其在实际生产中的应用提供理论上的指导。

1 实验材料及实验内容

1.1 实验材料

本实验所用材料为AA7085铝合金，其成分为AA7085铝合金的名义成分，各合金元素质量分数如下：7.0%～8.0%Zn，1.2%～1.8%Mg，1.3%～2.0%Cu，0.08%～0.15%Zr，Fe≤0.08%，Si≤0.06%，材料经过均匀化处理。

1.2 实验方法

本实验在Ø170×300mm轧机上进行，材料初始厚度为12mm，材料在电阻炉中400℃保温1h，然后进行4种不同预变形量的轧制，轧制变形量分别为50%、40%、30%和20%，轧制完成后对样品进行固溶时效热处理，固溶处理工艺为单级固溶（460℃×1h），时效工艺为T6峰值时效（120℃×24h）。

在板材上切取小样，并用砂纸打磨，经过机械抛光后，采用Keller试剂进行腐蚀以观察微观组织，并在Axiovert 40 MAT金相显微镜上获取微观组织照片。

显微硬度测试在MH-3显微硬度仪上进行，测试载荷为300g，载荷持续时间为10s，每个样品测试10个点并取其平均值。

2 实验结果与分析

2.1 显微组织

2.1.1 均匀化状态的微观组织形态

铝合金铸锭在经过均匀化处理后，能够消除和改善铸造缺陷，消除内应力，起到稳定铸锭尺寸和组织的作用。AA7085铝合金铸锭进行均匀化处理后的金相组织如图1所示。

图1 AA7085铝合金铸锭均匀化退火态金相

从金相照片上可以看出，AA7085铝合金铸锭在经过均匀化退火处理后，枝晶偏析被消除，晶粒较为均匀，晶粒尺寸大约为60μm，第二相球化。沿晶界分布的非平衡共晶相并未完全溶解，尤以三叉晶界居多。

2.1.2 轧制变形组织微观形态

AA7085铝合金均匀化铸锭试样块经过变形量为50%的轧制工艺后，其金相照片如图2所示。金相照片显示，经热轧后的AA7085铝合金组织呈现出典型的轧制态。晶粒沿轧制方向呈扁平的长条状分布，具有明显的各向异性，晶粒的表面尤其

图2 轧制50%变形量的AA7085铝合金组织

图3 轧制不同变形量并进行固溶时效后的AA7085铝合金组织

2.2 不同变形量试样组时效态显微硬度

不同变形量试样完成460℃×1h固溶＋T6时效处理后，对试样组各个试样进行硬度测试，其显微硬度值如图4所示，从图4中可以看出：

（1）预变形量为50%的试样具有最高的硬度值。随着预变形量的升高（20%～50%），试样的硬度值升高（160.3～172.21）。

（2）随着预变形量的增加，试样硬度的增加量逐渐减少。对于超硬铝合金而言，其强度与硬度的变化趋势相同。所以可以用硬度值变化来定性判断AA7085铝合金组织的强度变化，可以得出如下结论：随着AA7085铝合金预变形量的增加，在经过固溶时效处理后铝合金强度亦增加，轧制变形量为50%的试样获得了最大的硬度（强度），根据Hall-Petch关系式，此结论同前面的微观组织的分析一致，较小的晶粒尺寸，材料的强度也较高。但随着预变形量的加大，通过热处理之前进行预变形处理来改善组织提升热处理效果的作用逐渐减弱。

对均匀化处理的AA7085铝合金铸锭进行400℃热轧处理，能进一步消除铸造组织缺陷，形成变形强化组织。晶粒产生晶格畸变，均匀化退火处理未完全消除的沿晶界分布的非平衡共晶相以及其他第二相受压变形，发生破裂并沿变形方向分布。第二相的破碎使得其分布更为弥散，对合金强度的提高亦有促进作用。轧制变形量越大，晶粒变形程度越高，晶粒细化效果也更为明显，形变强化效果越强。是在晶界附近还存在很多细小的未溶解的化合物（黑色小点）。

图4 不同预变形量组各试样T6态显微硬度值

2.1.3 时效态组织微观形态

图3所示为不同轧制变形量的样品经过460℃1h的单级固溶然后又在120℃进行24h的时效处理后的微观组织照片。从图3中可以看到，晶粒尺寸随着变形量的增加有明显的减小，即轧制变形量的增加可以促进晶粒细化。根据文献[11]，AA7085固溶态铝合金经过时效处理后，在基体固溶体上析出了硬化相。晶内的析出相为弥散分布的η′-MgZn2相，晶界处会析出η′-MgZn2相。晶内弥散析出的硬化相能够明显提升铝合金集体的强度。晶界处η′-MgZn2相的形状尺寸和分布对铝合金的韧性和抗腐蚀性能有着重要的影响。

AA7085均匀化铸锭进行轧制后，其金相显示基体上仍残存着非平衡相，这些平衡相因轧制变形而破碎，并沿轧制方向分布。铝合金固溶态经过T6时效处理后，固溶体基体上析出时效硬化相，可有效提高材料的强度。这些时效析出相的形状尺寸和分布对AA7085铝合金的组织和性能有着重要的影响。

3 结论

为研究轧制变形量对AA7085铝合金组织和性能的影响，本实验制备了不同轧制变形量的样品，并对其进行单级固溶和时效处理。通过对各状态下合金的显微组织和力学性能的测试分析，得到了以下结论：

（1）随着AA7085铝合金预变形量的增大其经固溶时效热处理后的合金硬度强度提高。

（2）AA7085铝合金在较大轧制变形量条件下，继续增大预变形量的强化效果减弱。

[1] D.J.Chakrabarti，J.Liu，R.R.Sawtell，and G.B Venema:Proc.ICAA9，Institute of Materials Engineering Australasia Ltd.，North Melbourne，2004， 969-974

[2] CHEN Wen.Application of advanced aluminum alloys in A380 structures [J].Aviation Maintenance & Engineering，2005，2:40-41

[3] R.T.Shuey，F.Barlat，M.E.Karbin et al.Experimental and analytical investigations on plane strain toughness for 7085 aluminum alloy [J].Metallurgical and Materials Transactions A，2009.40A:365-376

[4] Status of Flat Rolled New Product Development at Alcoa，S.Blake，T.Morales，et.AeroMat 2005

[5] HaroldLuong，Hill Michael R.The effects of laser peening on highcycle fatigue in 7085T7651 aluminumalloy[ J] .Mater Sci Eng A，2008，477 :208

[6] 梁信，陈康华，陈学海，等．等温锻造速率对7085铝合金组织与性能的影响[J].粉末冶金材料科学与工程，2011，16(2)：290-295

[7] 曹春晓.一代材料技术，一代大飞机[J]. 航空学报，2008，29(3): 701-706.

[8] John L.Advanced aluminum and hybrid aerostructure for future aircraft [J].Mater Sci Forum，2006，519:1271-1278

[9] Karabin M E，Barlat F，Schultz R W.Numerical and experimental study of the cold expansion process in 7085 plate using a modified split sleeve[J].Journal of Materials Processing Technology，2007，189(1//2/3):45-57

[10] Speidel M O.Current Understanding of Stress Corrosion Cracking Growth in Aluminum Alloy s [A].The Theory of Stress Corrosion Cracking in Alloys[C] .NATO，Brussels:NATO Scientific Affairs Division，1971.289

[11] 陈送义，陈康华，梁信，彭国胜，陈学海.时效处理对7085铝合金锻件组织和腐蚀性能的影响[J].中南大学学报(自然科学版),2012,(2)