时效时间对挤压态7075铝合金组织和性能的影响

□ 闫超杰

闽西职业技术学院 福建龙岩 364021

相对于铸态合金，挤压态7075铝合金由于经过塑性变形，改善了材料的组织和原始铸造缺陷，并通过后续热成形更易于获得较高的机械性能，因此成为航空航天、兵器、交通运输等领域高性能复杂构件成形制造的首选［1］。目前国内外学者对7075高强铝合金的研究主要集中在不同热处理强化相的演化，通过热处理工艺改进其强度和抗应力腐蚀性能［2］。7075铝合金热处理可采用退火、固溶、时效等方法，但一般不采用自然时效处理，其原因是该合金溶质原子团聚区（G.P.）形成速度缓慢，自然时效过程常常需要延续数月才能达到稳定的阶段，而且和人工时效相比，抗应力腐蚀能力也较差，故7075铝合金只进行人工时效处理。本次实验侧重研究了不同时效时间对挤压态7075铝合金组织和性能的影响。

1 实验材料及方法

本实验采用某铝合金加工厂生产的7075挤压棒材，规格为φ30 mm×300 mm。先将所有的试样放进箱式电阻炉中进行加热，温度达到475℃，保温1.5 h，出炉后迅速放入25℃冷水中进行固溶处理；随后再将所有试样放进温度为120℃的另一电阻炉中进行人工时效处理。根据制定的实验方案，分别在4 h、8 h、16 h、24 h和32 h后各取出一个试样，进行空冷，编号分别为①、②、③、④、⑤。

在OLYMPUS GX51光学显微镜下观察试样的显微组织；用HB-3000型布氏硬度计对试样进行布氏硬度（HB）测试，每个试样测3次，求平均值。将试样加工成标准拉伸试样在WDW-100型拉伸实验机上进行拉伸实验，测得屈服强度σ0.2和抗拉强度σb；同时用千分尺和游标卡尺测量试样的延伸率δ和断面收缩率ψ。

2 实验结果与分析

▲图1 时效时间8 h状态下金相组织

▲图2 时效时间24 h状态下金相组织

2.1 金相组织观察

图1和图2分别是时效时间在8 h和24 h状态下试样的金相照片。由分析可知，图中灰白色的是基体（α）， 黑点是析出相 （S、T）。7075的基本相组成为 α（Al）+θ（Al2Cu）+S(Al2CuMg)+MgZn2+T(Al2Mg3Zn3)，其中S、T、MgZn2是主要的强化相。图1和图2的主要区别是图2上的析出相比较多，因为图2是经过了24 h保温的，第二相有足够的时间析出；而图1则经过8 h保温，时效不完全。

2.2 时效时间对布氏硬度的影响

由表1可以看出，7075在 120℃时效处理时，其硬度基本是随着时效时间的延长而上升，但经过一个峰值后又会下降，其原因是：①时效时析出相首先形成G.P.区，其周围会产生弹性应力场引起硬化，对位错运动有较大的阻碍作用，随着时效时间的延长，析出相逐渐长大，引起的应力场及对位错运动的阻碍都增大。②随着时效时间的延长，析出相密度也在增大，位错在析出物之间被严重挤压，位错运动更加困难，试样的硬度也随之升高。但时间超过30 h后析出相会粗化（大于临界尺寸的会长大，小于的则消失），使其分布密度和弥散程度降低；或者是非共格的稳定析出相代替了共格的、半共格的亚稳定相，使基体内的弹性应力场减弱或消失，出现了过时效，影响了强化效果，所以试样的硬度又会下降。因为5个试样的实验不是同时完成的，但硬度测试是在同一时间做的，可能是①号试样出炉后有足够的时间，发生了自然时效，达到了自然时效的峰值，所以硬度比②号试样高一些。

表1 不同时效时间试样布氏硬度值/HB

2.3 拉伸试验结果分析

从表2可以得出，7075铝合金的强度是随着时效时间的延长而不断升高的，只是一开始强度增加的很快，到时效＞20 h后强度基本不变。这与前面分析的析出相有关，开始析出的与基体共格的非稳定相的强化效果明显，后来析出的稳定相的强化效果比较弱。7075铝合金固溶处理后的前几个小时内，会有较好的塑性，是因为固溶处理后形成了塑性较好的α固溶体，在时效初期还没有形成大量的强化相之前，合金能够保留较好的塑性。随着时效时间的延长，合金的塑性不断降低；但随着强化相转变成稳定或亚稳定相，塑性又开始升高。综合分析，可以得出24 h时效处理可以获得最好的强度和塑性组合。

表2 拉伸试验结果

3 结论

（1）将7075铝合金加热到475℃，保温1.5 h，出炉后经25℃冷水固溶处理后，进行温度为120℃的人工时效处理，保温时间小于24 h，时效不完全；大于24 h，出现过时效，影响强化效果。

（2）时效时间为24 h，弥散分布的析出相较多，布氏硬度达到峰值，可以获得最好的强度和塑性组合。

［1］ 郭海龙，孙志超，杨合.挤压态7075铝合金再结晶经验模型及应用 ［J］.中国有色金属学报，2013,23 （6）:1507-1515.

［2］ 黄伟九，张国鑫，张小彬.时效处理对7075铝合金摩擦学性能的影响［J］.材料热处理学报，2013，34（11）：132-137.