热处理对7475铝合金薄板组织及力学性能影响的实验研究

何 兵，覃 铭，蒋昊利

（百色学院 材料科学与工程学院，广西 百色 533000）

7475属于Al-Zn-Mg-Cu系合金，具有较高的比强度、硬度、韧性和易加工、耐腐蚀等优点[1]，主要用于飞机机身的包铝的与未包铝的板材以及机翼蒙皮、中央翼结构件、翼梁、舱壁、直升机舱板、起落架舱门等要求高强度、有高断裂韧性的零部件。目前经热处理的7475铝合金抗拉强度高达500 Mpa以上[2]。

7系铝合金可通过热处理强化，适合的热处理工艺手段进行处理以后能有效的改善合金组织及性能。常见的处理工艺有均匀化处理、固溶处理、淬火和时效处理等。相关文献表明，热处理方案中固溶和时效处理对合金性能的影响最为重要[3-6]，在进行固溶处理工艺之后，Al基体中的Mg和Zn化合物溶解于Al基体从而可以得到过饱和固溶体，将其称之为Al2Mg3Zn3相。杨孝鹤[7]研究表明，7475热轧板（厚18mm）固溶处理制度为470℃×1～2h，时效制度为107℃×12+163℃×12，合金强度、韧性和抗腐蚀性等综合性能最理想。鉴于固溶与时效处理之间存在很多内在复杂因素的关联，在温度和时间上如何搭配仍存在许多可探讨之处，本实验以不同固溶温度、相同双级时效为实验思路，探讨热处理对7475铝合金薄板组织及力学性能影响，以获得双级时效方式下最佳的单级固溶温度方案。

1 实验与测试

1.1 实验材料及主要设备

实验采用7475铝合金商用热轧板材，厚度为3mm,合金化学成份如下表1示;主要实验设备如表2所示。

表1 17475铝合金化学成分（质量分数）

1.2 拉伸试样制备

采用线切割机，按图1所示的国标拉伸试样尺寸，将7475板材切割成形，共15只。

图1 拉伸试样

1.3 热处理方案

将以上拉伸试样平均分为1#-5#共5组，采用改变固溶温度+相同双级时效分别进行热处理，具体如表3所示。为减小误差，每组实验有3只试样，测试结果取平均值。

表3 热处理工艺处理方案

1.4 测试

热处理完成后，对各组试样进行抗拉强度、伸长率、硬度等力学性能测试，将各组试样切割成小块，打磨、抛光，用5%的氢氟酸在表面侵蚀50秒，洗净吹干，制成试样进行金相观测。

2 测试结果与分析

2.1 金相观察与分析

各组金相如图2-6所示。

图2 铸态合金（200倍）

从图2看到7475铸态铝合金组织表现出明显的非平衡凝固特征，晶界处存在较多的粗大结晶相，这种粗大结晶相会影响合金的强度和塑性。图3和图4显示，经过460℃和470℃的固溶后，合金还有一定量的粗大未溶相或难溶相,分布不均匀,在基体中呈条带状分布，晶体沿变形方向拉长，仅有部分再结晶，存在大量未溶残留相，沿着变形方向均匀且排列有序。固溶温度升至480℃时，组织中没有发现过烧的现象，合金仍然是部分再结晶，大部分细小的第二相颗粒溶解，且合金中的粗大共晶相的数量也明显减少，同时成分偏析有所消除，组织趋于均匀（如图5）。随着温度的升高至490℃，如图6合金发生了静态再结晶，出现过烧现象，再结晶比例大幅度增加使得组织中量细小的第二相颗粒基本溶解，再结晶η 相尺寸形貌不一，无规则分布于合金当中。

图3 固溶460℃×保温1h＋时效（500倍）

图4 固溶470℃×保温1h＋时效（500倍）

图5 固溶480℃×保温1h＋时效 （500倍）

图6 固溶490℃×保温1h＋时效（500倍）

2.2 拉伸性能

图2.6、图2.7分别为各组试样抗拉强度和伸长率的测试结果。可以看出，热处理对该合金的强化作用非常显著，在460℃～480℃区间，随固溶温度的升高，第二相固溶度提高，时效时的析出相也增多，合金强度呈上升趋势,当固溶温度为480℃时获得最大抗拉强度545.1Mpa,而伸长率相对变化不大。但当固溶温度达到490℃后，发生过烧的情况，固溶组织中粗大相的数量明显减少。而这些第二相与基体界面存在于裂纹尖端的应力场时,本身的脆性使其容易形成微裂纹,而且它们易于在晶界偏聚,使界面易于开裂或沿晶断裂，从而降低铝合金的断裂韧性和强度。

2.3 硬度测试

各组硬度如下图9所示。在只改变固溶温度，不改变其他因素条件下，7475铝合金在460℃到480℃处于一个上升的趋势，在480℃时达到最大值158.3HBW，在480℃到490℃处于一个下降的趋势，说明合金的硬度随着强化相固溶度的增加而增大，但超过480℃固溶温度后，出现大规模再结晶，合金塑性增加而硬度变小。

图7 各组试样抗拉强度变化

图8 各组试样伸长率变化

图9 各组试样硬度变化

3 结论

（1）固溶+双级时效热处理方案能有效改善7475铝合金板材的强化相等组织分布,显著提高合金的强度、硬度等力学性能。

（2）在本文所采用各组热处理实验方案中，7475铝合金板材在固溶480℃保温1h，一级时效107℃保温8h＋二级时效163℃保温8h时，为最佳热处理方案。此时伸长率保持在12%以上，抗拉强度、硬度均达到最大值，分别为545.1Mpa、158.3HBW，比未经热处理板材分别提高了9.6%和17.3%。