軋制變形量對(duì)AA7085鋁合金組織和性能的影響

黎 勇

（西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 九龍坡 401326）

0 前言

AA7085鋁合金是于2003年由美國(guó)ALCOA鍛造產(chǎn)業(yè)公司開(kāi)發(fā)的新型Al-Zn-Mg-Cu高強(qiáng)鋁合金[1、2]。相對(duì)于一些傳統(tǒng)Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金（如AA7050），AA7085鋁合金具有淬透性好、高強(qiáng)度、高抗疲勞性能、高抗應(yīng)力腐蝕性能與剝落性能的優(yōu)點(diǎn)。特別是其具有的良好的淬透性，更好的抗損傷性能，更適用于大厚度的結(jié)構(gòu)件，因此該合金具有良好的應(yīng)用前景。新型高強(qiáng)7085 鋁合金由于熔鑄性以及淬透性好，其鍛件最大厚度可達(dá)240mm，在新一代大飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)用潛力巨大。利用AA7085鋁合金已成功地制成迄今為止最大的1個(gè)飛機(jī)模鍛件并應(yīng)用在A380飛機(jī)后翼梁上，重約3.9t[3～9]。由于超高強(qiáng)鋁合金在常溫條件下的塑性較差, 一般需經(jīng)高溫塑性加工成形。

目前對(duì)于AA7085鋁合金的研究主要集中于熱處理工藝制度上。文獻(xiàn)[10]研究了AA7085鋁合金板材在同一時(shí)效處理（120℃，24h）下的不同固溶處理方式所帶來(lái)的組織和性能的差異。當(dāng)采用常規(guī)固溶處理（450℃，1h→480℃，2h→WQ）時(shí)，強(qiáng)度σb=540MPa，電導(dǎo)率（用來(lái)表征抗SCC性能）為29.3%IACS；采用高溫預(yù)析出處理（450℃，0.5h→480℃，2h→455℃，0.5h→WQ）時(shí)，σb=521MPa，電導(dǎo)率為31.1%IACS；采用部分重固溶處理（450℃，1h→480℃，2h→455℃，0.5h→470℃，5min→WQ）時(shí)，σb=515MPa，電導(dǎo)率為32.2%IACS。部分重固溶處理相比于常規(guī)固溶處理方式，晶界處產(chǎn)生非連續(xù)析出，η-MgZn2析出相較小，離散度較大，腐蝕時(shí)離子的溶解速度降低，抗腐蝕性能提高。同時(shí)，采用部分重固溶處理使得基體過(guò)飽和度降低，時(shí)效析出相減少，從而降低了強(qiáng)化效果。

文獻(xiàn)[11]研究了不同時(shí)效制度對(duì)AA7085鋁合金鍛件的組織和性能得到影響。與T6 時(shí)效合金相比，合金經(jīng)T74 時(shí)效的抗應(yīng)力腐蝕和抗剝落腐蝕性能提高，但強(qiáng)度顯著降低；經(jīng)RRA 時(shí)效處理，合金保持了較高強(qiáng)度的同時(shí)，應(yīng)力腐蝕性能敏感性降低，抗剝落腐蝕性能提高；在腐蝕溶液中，極化曲線測(cè)試也表現(xiàn)出同樣的趨勢(shì)；合金經(jīng)過(guò)RRA時(shí)效處理，形成粗大且不連續(xù)的晶界析出相是提高腐蝕性能的主要原因。

目前關(guān)于7085鋁合金的軋制工藝研究較少，國(guó)際上也因其加工工藝保密而獲得的有效信息較少，軋制變形量對(duì)合金組織和性能的研究不多。本文目的是研究AA7085合金軋制變形量對(duì)其組織和性能的影響，找出符合實(shí)際需求的較合適的軋制工藝變形量，據(jù)此亦能進(jìn)行工藝的優(yōu)化并對(duì)其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論上的指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)所用材料為AA7085鋁合金，其成分為AA7085鋁合金的名義成分，各合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下：7.0%～8.0%Zn，1.2%～1.8%Mg，1.3%～2.0%Cu，0.08%～0.15%Zr，F(xiàn)e≤0.08%，Si≤0.06%，材料經(jīng)過(guò)均勻化處理。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)在?170×300mm軋機(jī)上進(jìn)行，材料初始厚度為12mm，材料在電阻爐中400℃保溫1h，然后進(jìn)行4種不同預(yù)變形量的軋制，軋制變形量分別為50%、40%、30%和20%，軋制完成后對(duì)樣品進(jìn)行固溶時(shí)效熱處理，固溶處理工藝為單級(jí)固溶（460℃×1h），時(shí)效工藝為T(mén)6峰值時(shí)效（120℃×24h）。

在板材上切取小樣，并用砂紙打磨，經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光后，采用Keller試劑進(jìn)行腐蝕以觀察微觀組織，并在Axiovert 40 MAT金相顯微鏡上獲取微觀組織照片。

顯微硬度測(cè)試在MH-3顯微硬度儀上進(jìn)行，測(cè)試載荷為300g，載荷持續(xù)時(shí)間為10s，每個(gè)樣品測(cè)試10個(gè)點(diǎn)并取其平均值。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 顯微組織

2.1.1 均勻化狀態(tài)的微觀組織形態(tài)

鋁合金鑄錠在經(jīng)過(guò)均勻化處理后，能夠消除和改善鑄造缺陷，消除內(nèi)應(yīng)力，起到穩(wěn)定鑄錠尺寸和組織的作用。AA7085鋁合金鑄錠進(jìn)行均勻化處理后的金相組織如圖1所示。

圖1 AA7085鋁合金鑄錠均勻化退火態(tài)金相

從金相照片上可以看出，AA7085鋁合金鑄錠在經(jīng)過(guò)均勻化退火處理后，枝晶偏析被消除，晶粒較為均勻，晶粒尺寸大約為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 軋制變形組織微觀形態(tài)

AA7085鋁合金均勻化鑄錠試樣塊經(jīng)過(guò)變形量為50%的軋制工藝后，其金相照片如圖2所示。金相照片顯示，經(jīng)熱軋后的AA7085鋁合金組織呈現(xiàn)出典型的軋制態(tài)。晶粒沿軋制方向呈扁平的長(zhǎng)條狀分布，具有明顯的各向異性，晶粒的表面尤其

圖2 軋制50%變形量的AA7085鋁合金組織

圖3 軋制不同變形量并進(jìn)行固溶時(shí)效后的AA7085鋁合金組織

2.2 不同變形量試樣組時(shí)效態(tài)顯微硬度

不同變形量試樣完成460℃×1h固溶＋T6時(shí)效處理后，對(duì)試樣組各個(gè)試樣進(jìn)行硬度測(cè)試，其顯微硬度值如圖4所示，從圖4中可以看出：

（1）預(yù)變形量為50%的試樣具有最高的硬度值。隨著預(yù)變形量的升高（20%～50%），試樣的硬度值升高（160.3～172.21）。

（2）隨著預(yù)變形量的增加，試樣硬度的增加量逐漸減少。對(duì)于超硬鋁合金而言，其強(qiáng)度與硬度的變化趨勢(shì)相同。所以可以用硬度值變化來(lái)定性判斷AA7085鋁合金組織的強(qiáng)度變化，可以得出如下結(jié)論：隨著AA7085鋁合金預(yù)變形量的增加，在經(jīng)過(guò)固溶時(shí)效處理后鋁合金強(qiáng)度亦增加，軋制變形量為50%的試樣獲得了最大的硬度（強(qiáng)度），根據(jù)Hall-Petch關(guān)系式，此結(jié)論同前面的微觀組織的分析一致，較小的晶粒尺寸，材料的強(qiáng)度也較高。但隨著預(yù)變形量的加大，通過(guò)熱處理之前進(jìn)行預(yù)變形處理來(lái)改善組織提升熱處理效果的作用逐漸減弱。

對(duì)均勻化處理的AA7085鋁合金鑄錠進(jìn)行400℃熱軋?zhí)幚?，能進(jìn)一步消除鑄造組織缺陷，形成變形強(qiáng)化組織。晶粒產(chǎn)生晶格畸變，均勻化退火處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壓變形，發(fā)生破裂并沿變形方向分布。第二相的破碎使得其分布更為彌散，對(duì)合金強(qiáng)度的提高亦有促進(jìn)作用。軋制變形量越大，晶粒變形程度越高，晶粒細(xì)化效果也更為明顯，形變強(qiáng)化效果越強(qiáng)。是在晶界附近還存在很多細(xì)小的未溶解的化合物（黑色小點(diǎn)）。

圖4 不同預(yù)變形量組各試樣T6態(tài)顯微硬度值

2.1.3 時(shí)效態(tài)組織微觀形態(tài)

圖3所示為不同軋制變形量的樣品經(jīng)過(guò)460℃1h的單級(jí)固溶然后又在120℃進(jìn)行24h的時(shí)效處理后的微觀組織照片。從圖3中可以看到，晶粒尺寸隨著變形量的增加有明顯的減小，即軋制變形量的增加可以促進(jìn)晶粒細(xì)化。根據(jù)文獻(xiàn)[11]，AA7085固溶態(tài)鋁合金經(jīng)過(guò)時(shí)效處理后，在基體固溶體上析出了硬化相。晶內(nèi)的析出相為彌散分布的η′-MgZn2相，晶界處會(huì)析出η′-MgZn2相。晶內(nèi)彌散析出的硬化相能夠明顯提升鋁合金集體的強(qiáng)度。晶界處η′-MgZn2相的形狀尺寸和分布對(duì)鋁合金的韌性和抗腐蝕性能有著重要的影響。

AA7085均勻化鑄錠進(jìn)行軋制后，其金相顯示基體上仍殘存著非平衡相，這些平衡相因軋制變形而破碎，并沿軋制方向分布。鋁合金固溶態(tài)經(jīng)過(guò)T6時(shí)效處理后，固溶體基體上析出時(shí)效硬化相，可有效提高材料的強(qiáng)度。這些時(shí)效析出相的形狀尺寸和分布對(duì)AA7085鋁合金的組織和性能有著重要的影響。

3 結(jié)論

為研究軋制變形量對(duì)AA7085鋁合金組織和性能的影響，本實(shí)驗(yàn)制備了不同軋制變形量的樣品，并對(duì)其進(jìn)行單級(jí)固溶和時(shí)效處理。通過(guò)對(duì)各狀態(tài)下合金的顯微組織和力學(xué)性能的測(cè)試分析，得到了以下結(jié)論：

（1）隨著AA7085鋁合金預(yù)變形量的增大其經(jīng)固溶時(shí)效熱處理后的合金硬度強(qiáng)度提高。

（2）AA7085鋁合金在較大軋制變形量條件下，繼續(xù)增大預(yù)變形量的強(qiáng)化效果減弱。

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