铝合金热处理工艺研究

时间：2020-11-05 10:33:09 所属分类：冶金工业 浏览量:

7050铝合金是机械制造中常用的超硬铝合金，具有强度高、韧性好、抗疲劳性好、耐腐蚀性好等优越的综合性能，可用于制作厚板、型材、锻件、丝材等。因其具有优越性能，在航空上应用也很广泛，可用于制作对强度、韧性、耐腐蚀性、抗疲劳性要求高的承力构件，如

　　7050铝合金是机械制造中常用的超硬铝合金，具有强度高、韧性好、抗疲劳性好、耐腐蚀性好等优越的综合性能，可用于制作厚板、型材、锻件、丝材等。因其具有优越性能，在航空上应用也很广泛，可用于制作对强度、韧性、耐腐蚀性、抗疲劳性要求高的承力构件，如隔框、翼肋、粱、壁板、铆钉等零件。这种铝合金之所以具有优越性能，一方面是由其内部成分决定，另一方面则需要通过热处理来实现。

　　1材料简介

　　7050属于AI-Zn-Mg-Cu系铝合金，主要合金元素是锌,也添加少量的镁、铜、铬等元素。锌、镁两种元素具有重要作用，能够在合金中生成强化相，锌、镁含量越多，铝合金的强度越高。具体化学成分如表1所示：

　　2试验过程

　　2.1试验材料及设备φ10×20mm的7050铝合金试样若干，空气炉，硬度计，万能试验机。2.2试验方案7050铝合金属于可热处理强化铝合金，通过固溶处理和时效强化提高其性能。固溶处理是将铝合金加热保温水冷，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。过饱和程度越高，强化效果越好。固溶处理的工艺有很多种，比如单级固溶、双级固溶、逐级固溶等。其中单级固溶具有工艺简单、成本低、生产周期短的特点，本试验主要基于单级固溶开展。在固溶处理中，加热温度和保温时间这两个工艺参数起到了至关重要的作用，对最终性能影响很大。2.2.1固溶处理加热温度的影响准备6个铝合金试样进行试验，试验方案如下：设置固溶处理加热温度分别为465℃、470℃、475℃、480℃、485℃、490℃，保温45min，水淬,再人工时效。2.2.2固溶处理保温时间的影响选择固溶处理加热温度分别为485℃，保温时间分别为25、35、45、55min，水淬，再人工时效。2.2.3固溶处理冷却介质的影响准备3个铝合金试样，试验方案为：设置固溶处理加热温度为475℃，保温1h，1个铝件用常温水冷却，1个铝件用55℃热水冷却，1个铝件用66℃冷却，再进行人工时效。时效是把固溶处理之后的铝合金加热保温，然后空冷，使过饱和固溶体分解，获得稳定组织的热处理工艺。时效强化有两种方式，自然时效和人工时效，对于7050铝合金来说，常采用人工时效的方式。时效强化的工艺有很多种，如单级时效、双级时效、分级时效等。时效过程中因为析出第二相而强化，强化效果和第二相的类型、数量、尺寸、形态、稳定性等因素有关。时效的方式、工艺、温度、时间都会对其产生影响，导致最终性能的差异。2.2.4人工时效加热温度的影响准备4个铝合金试样，试验方案为：固溶温度475℃，保温1h，水淬，分别100℃、120℃、130℃、140℃时效，保温24h，空冷。2.2.5人工时效保温时间的影响准备5个铝合金试样，试验方案为：固溶温度475℃，保温1h，水淬，120℃时效6h、12h、24h、48h、72h，空冷。

　　3试验结果及分析

　　3.1固溶处理加热温度的影响固溶处理加热温度对性能的影响见表2。从表中数据可以看出，随着加热温度的升高，抗拉强度、屈服强度先逐渐升高，延伸率则逐渐降低，然后强度下降，延伸率升高。这是因为随着温度的升高，合金中残余的粗大第二相不断的固溶，形成过饱和固溶体。当加热温度达到475℃时，粗大第二相减少量最多。过饱和程度最大，强度也最高。随着温度的进一步增加，晶粒会变得粗大甚至是出现过烧现象，强度反而会下降。由表中数据亦能看出，温度虽然相差不大，但性能相差很大，因此，固溶处理时，需严格控制温度，避免出现加热温度过低过高导致的强度过低或者过烧现象。3.2固溶处理保温时间的影响固溶处理保温时间的影响见表3。从表中数据可以看出，随着保温时间的延长，抗拉强度和屈服强度也随着升高，塑性降低，到达峰值后，强度下降，塑性提高。这是因为保温时间过短，粗大第二相固溶的数量较少，过饱和度低，强度低，保温时间长，粗大第二相固溶的数量多，强度高，保温时间过长，会重新析出粗大的产物，强度下降。3.3固溶处理冷却介质的影响固溶处理冷却介质的影响见表4。当采用常温水冷却时，冷却速度过快，产生的内应力大，容易出现裂纹或产生变形，1号试样表面产生肉眼可见的明显裂纹;采用55℃热水冷却时，无裂纹，形成过饱和固溶体，随着冷却介质温度升高，第二相溶解不充分，强度略有下降。3.4人工时效温度的影响人工时效温度的影响见表5。硬度在120℃时达到峰值，之后随着时效温度的升高，强度开始逐渐降低。这是因为120℃时，时效强化达到了最佳效果，延伸率则与强度的变化趋势相反。时效温度太低，原子活动能力低，扩散慢，影响了溶质原子富集区的形成，强度低。时效温度太高，原子扩散快，会使过饱和固溶体的析出相长大。3.5人工时效时间的影响人工时效时间太短，溶质原子富集区形成的数量少，强度较低，随着时效时间的增加，溶质原子富集区的数量增加，强度达到最大，出现强度峰值，之后，随着时效时间的进一步增加，析出相尺寸增大，强度下降，延伸率升高。

　　4结论

　　通过对试验结果的分析，可以得到这样的结论：4.1随着固溶处理加热温度的逐渐升高，7050铝合金的抗拉强度、屈服强度先逐渐升高，延伸率则逐渐降低，在475℃固溶时出现强度峰值，之后强度下降，延伸率升高。4.2固溶加热温度不变的情况下，随着保温时间延长，7050铝合金的抗拉强度和屈服强度逐渐升高，然后达到峰值，保温时间继续延长，强度开始逐渐降低。4.3固溶处理加热温度和保温时间不变，采用不同方式冷却，冷却速度过快，7050铝合金容易出现裂纹，冷却速度过慢，则强度较低。4.4随着人工时效温度的逐渐升高，7050铝合金的抗拉强度先逐渐升高，延伸率则逐渐降低，在120℃时效时出现强度峰值，之后强度下降，延伸率升高。4.5时效加热温度不变的情况下，随着保温时间延长，7050铝合金的抗拉强度和屈服强度逐渐升高，然后达到峰值，保温时间继续延长，强度开始逐渐降低。由此可见，固溶处理和时效的参数对7050铝合金性能的改变起到了至关重要的作用。如何利用好这些工艺参数，进一步改进和优化热处理工艺，提高7050铝合金的综合性能，是我们需要继续深入研究的问题。

　　参考文献

　　[1]李杰.固溶处理对7050高强铝合金显微组织和机械性能的影响[J].稀有金属，2009(8).

　　[2]郝先芃.关于高强铝合金热处理工艺的分析[J].科学与财富，2020(8).

　　[3]吴道祥.固溶处理对7050铝合金组织及性能的影响[J].铝加工，2018(2)：27-33.

　　作者：李召华

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