固溶处理制度对7050 铝合金组织与性能的影响

2021-11-25苗景国康人木李艳丽

现代制造技术与装备 2021年10期

曾舟黄琼苗景国康人木李艳丽罗丽

（1.四川工程职业技术学院，德阳 618000；2.四川省航空材料检测与模锻工艺技术工程实验室，德阳 618000；3.德阳市产品质量监督检验所，德阳 618000）

7050 铝合金属于Al-Zn-Mg-Cu 系铝合金，是一种可热处理强化的超硬铝合金材料，具有高强度、高韧性和较好的耐腐蚀性能，被广泛应用于航空航天领域[1-3]。本文结合国内外研究热点，研究了第二级固溶温度对合金组织和性能的影响，以期对工艺生产提供参考借鉴。

1 试验材料及方法

试验材料采用某公司厚为50 mm 的轧制板材，将其制备成标准圆棒状拉伸试样和规格为20 mm×20 mm×3 mm 的结构方程模型（Structural Equation Modeling，SEM）观察样，材料化学成分（wt%）如表1 所示。实验过程中，采用RX3-45-9 型中温保护气氛箱式炉对试样进行单、双级固溶处理，单级固溶制度为475 ℃/2 h，双级固溶制度为450 ℃/1 h+（470 ℃/1 h、475 ℃/1 h、480 ℃/1 h、485 ℃/1 h、490 ℃/1 h、495 ℃/1 h、500 ℃/1 h）；两种固溶处理淬火温度均为室温，淬火转移时间≤10 s。观察过程中，采用Z250rTL 型智能拉伸试验机和VHMT 显微维氏硬度计测试抗拉强度与显微硬度，采用Apreo场发射扫描电子显微镜观察组织及断口形貌。

表1 材料化学成分（wt%）

2 试验结果与分析

2.1 力学性能

试样经不同二级固溶处理的抗拉强度、硬度测试曲线如图1 所示。由图1 可知，在试验温度范围内，试样的抗拉强度和硬度会随固溶温度变化呈双峰值规律变化，且峰值温度相同，均为480 ℃与495 ℃，对应抗拉强度分别为491 MPa 和498 MPa，硬度分别为161 HV 和165 HV。其原因应在于：在470～480 ℃时，试样基体η 相随固溶温度升高在478 ℃左右就会完全溶解，高熔点S 相则部分溶解，金元素固溶导致晶格畸变、位错运动阻力增大、强度和硬度不断攀升；在480～490 ℃时，试样发生再结晶且晶粒逐渐长大，位错和低角度晶界等缺陷大量消失，使强度、硬度降低[4]；在490～495 ℃时，随固溶温度升高，S 相大量溶解，合金固溶程度进一步提高，而再结晶过程处于相对稳态，因此抗拉强度再次升高；当固溶温度到达500 ℃时，合金发生过烧，导致强度、硬度骤然下降[5]。经测试，单级固溶处理试样的抗拉强度和硬度分别为482 MPa 和153 HV，因此，合理的双级固溶处理有利提升7050 铝合金的强度和硬度。

图1 不同第二级固溶温度下的试样强度和硬度

2.2 显微形貌

不同固溶状态下试样的SEM 观察结果见图2。由图2 可知，双级固溶制度下，当第二级固溶温度低于480 ℃时，合金基体存在较多尺寸粗大、形状各异的第二相残留，如图2（a）和图2（b）所示。随着第二级固溶温度升高，这种残留第二相的尺寸会逐渐减小，当达到485 ℃后，其尺寸显著减小，如图2（c）～图2（f）所示。其原因在于，较低温度下，高熔点第二相难以固溶，而随温度升高，第二相被促进溶解。当第二级固溶温度达到500 ℃时，合金出现局部过烧，部分晶界局部复熔加宽，并在3 晶粒交界处形成复熔三角形，晶内出现复熔共晶球，如图2（g）中箭头A、B、C 所示。其原因在于，该固溶温度接近试验材料中低熔点共晶体的熔点。单级固溶态下合金基体上第二相粒子分布如图2（h）所示，残留的粗大第二相尺寸和数量介于图2（b）和图2（c）之间。

图2 不同固溶状态下的7 试样微观组织

2.3 断口形貌

不同固溶状态下的试样断口微观形貌如图图3 所示，由图3 可以看出，试样断口微观形貌均显示为韧窝形穿晶断裂，且韧窝和撕裂组织大小、深浅不一，但图3（a）内多数韧窝中存在大量颗粒状第二相粒子或杂质，图3（b）内韧窝中的第二相粒子明显减少甚至消失。这是因为第二级高温固溶过程中，大量高熔点第二相得以溶解进入基体，这与上文中SEM 观察结果一致。