7075时效对组织与性能的影响

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1、研究报告时效处理对 7075 铝合金组织和性能的影响兴发创新股份有限公司广东工业大学2003 年 6 月 8 日本文研究了热处理方法对 7075 铝合金的组织和性能的影响， 主要是讨论不同 的时效工艺的影响。经过测量120 C单级时效制度下不同的时效时间的试样的硬 度、屈服强度、抗拉强度、延伸率、断面收缩率，得知7075铝合金120 C单级时效时保温 24 小时可得最好的强度和塑性的组合。 通过双级时效的正交实验得知 7075铝合金的双级时效处理时预时效的温度为140 C,保温4小时，二级时效的温度为140 C160 C,保温10小时，这种处理工艺可获得综合性能较好的制品。关键词： 7075

2、热处理 双级时效摘要 2Abstract .3目录 4第一章 文献综述第一节超硬铝合金的简介 51. 1. 1铝合金的应用与发展 51. 1.2超硬铝合金化 .51. 1. 3超硬铝的组织 .61.1.4. 超硬铝的一般特性 71.1.5. 超硬铝的热处理方法 71.1.6. 超硬铝的品种和用途 71.1.7. 超硬铝的应用前景和可能的障碍 .8第二节7075铝合金简介 1. 2. 17075 简介 . 91. 2. 27075 的各种性能 . 91.2.3 7075 的研究现状和发展趋势 . 10第三节 本课题研究的主要内容、目的及意义 . 11 第二章 实验原理与过程第一节实验原理 12第

3、二节实验过程 .2. 2. 1 实验方案 . 142.2.2 实验步骤 2.2.2.1 基本工艺流程 172.2.2.2 准备试样172.2.2.3 热处理 182.2.2.4 硬度测试192.2.2.5 显微组织观察 202.2.2.6 拉伸试验21第三章 实验结果及分析第一节硬度值及其分析 21第二节显微组织分析 24第三节拉伸实验结果分析 26结论 30参考文献 31第一章 文 献 综 述第一节 超硬铝合金简介1.1.1 铝合金的应用与发展在有色金属中，铝及铝合金是应用最广泛的一类金属结构材料，起产量仅次与 钢铁，而按地壳中的蕴藏量则占首位。由于铝合金的密度小，强度大，所以航空工业的发

4、展和铝合金的应用是密切相 关。在本世纪初，正是应用铝合金代替木质结构才使飞机进入全金属结构的时代， 从而大大提高了飞行速度和航程。至今日，铝合金仍然是飞机的主要结构材料。在 航空附件、仪表生产中，铝合金也是常用材料。这不仅可减轻重量，而且由于生产 工艺简便， 有利于减低成本和组织大批量生产。 在其他国防工业中， 如装甲、 坦克、 武器及舰艇等， 铝合金也是不可缺少的材料。 至于在民用工业中， 如在机械、 造船、 运输、电器、建筑和轻工业等部门中，以及在日常生活中，铝合金的使用价值则早 已为人们所熟知。随着高超音速和远程飞机的出现，以及 空间技术的发展，对铝合金也提出了新 的更高的要求，为了适应

5、这种形势，除了研制新合金系外，也要尽力改进原有比较 成熟的合金。对作为航空航天结构材料的铝合金，不仅要求其有高的强度，而且还 要有良好的韧性、抗应力腐蚀性能和抗剥落腐蚀性能。超硬铝合金的发展历史较硬铝合金短，四十年代才有定型产品，五十年代开始大批生产和应用。但它的强度是在变形铝合金中是最高的，可达600700Mpa,超过硬铝，故有超硬铝合金之称。这类合金除强度高外，在相同的强度水平下，断裂 韧性也优于硬铝合金， 同时具有很好的热加工性能， 适合生产各种类型和 规格的半 成品。因此，在航空工业中，特别是飞机制造业中，超硬铝合金是主要结构材料之 一，其主要缺点是抗疲劳性能较差，对应力集中敏感，有明

6、显的应力腐蚀倾向，耐 热性也低于硬铝合金。但近几十年来，通过调整成分，提高冶金质量和采用一系列 新的加工工艺和热处理制度，其综合性能有了明显的改进。1.1.2 超硬铝合金化超硬铝合金属于 Al-Zn-Mg-Cu 系，是在 Al-Zn-Mg 三元系基础上发展起来的。 锌和镁在铝合金中有很高的固溶度 : 在 Al-Mg 系中，镁在铝中的极限溶解度为 17.4%（450 C）；在Al-Zn系中，在275 C （共析温度）锌的溶解度为 31.6% , 382 C （共 晶温度）则高达 82.8%。但锌和镁作为独立组元，由于时效硬化作用微弱而不可能 达到高硬度水平。锌、镁共存是，则形成一系列新相B、T、

7、n、B和丫，其中B相为 Mg5AI8，T相为 Al2Mg3Zn3，n相为MgZn2, 9相为 MgZn5, 丫相是以 Zn为基 的固融体。 MgZn2 和 Al2Mg3Zn3 在铝中有较高的溶解度和明显的温度关系，有强烈的时效硬化效应。工业上实际应用的Al-Zn-Mg系合金，其成分范围一般处于a +T或a +T+ n相区。在淬火时效处理后强度可达到400500Mpa，同时在工艺性能方面还有许多优点，如热塑性好，适宜压延、挤压和锻造；有较宽的淬火温度范围， 从350500 C淬火后可获得相近的性能；对淬火速度不敏感，锌、镁含量较低而 无锰、铬的合金具有自淬火效能，断面不超过18 毫米的挤压件，挤

8、压后空冷即可形成过饱和固溶体，无需重新淬火。Al-Zn-Mg 系还有很好的焊接性能，焊缝在焊后初期产生软化， 但经自然时效强度可以得到恢复， 所以这类合金很适宜制造焊后 不便进行热处理的焊接构件，广泛应用于装甲、火箭燃料箱、车辆、桥梁和建筑等 方面。超硬铝是在 Al-Zn-Mg 系中添加了铜、铬、锰等元素，以进一步提高合金的机 械性能，特别是解决高锌镁合金中存在的应力腐蚀问题。Al-Zn-Mg 系合金的强度随(Zn+Mg)总量的增加而提高，但总量超过9%后，由于晶界析出成连续网状分布的脆性相，使合金处于脆性状态。添加适量的铜，除铜本身的固溶强化作用外，也 改变了合金的沉淀相相态结构，使时效组织

9、更为弥散均匀，既提高了强度，也改善 了塑性，同时对抗应力腐蚀也能发挥良好的作用。含铜的缺点是焊接性能下降，容 易在焊缝附近的热影响区引起热裂纹，所以超硬铝合金大多采用铆接和粘接，避免焊接。目前，工业上常用超硬铝合金的成分范围大约是：58%Zn，1.73.6%Mg，0.83.0%Cu， 0.10.5%Cr， 0.20.8%Mn 及少量钛、钒等元素。常用超硬铝合金的主 要组成为 a +MgZn2+T(Al2Zn3Mg3)+S(Al2CuMg) ，此外尚有少量含铁、硅、铜、锰等 元素的杂质相。超硬铝合金在人工时效状态下使用，MgZn2 相是主要强化相。1.1.3. 超硬铝的组织目前， 工业上常用超硬

10、铝合金的成分范围大约是：58%Zn，1.73.6%Mg ，0.83.0%Cu， 0.1 0.5%Cr ， 0.20.8%Mn 及少量钛、钒等元素。其主要组织为 a +n (MgZn2)+T(Al2Zn3Mg3)+S(Al2CuMg) ，但因 Cu 量的多少而略有变化，当超硬 铝含57%Zn和13%Mg时，Cu 0.7%即会出现 S相，Cu 2%还会出现 B相， 但超硬铝合金的主要强化相是 n 相，此外尚有少量含铁、硅、铜、锰等元素的杂质 相。n相在470 C的最大溶解度可达28%，而在室温只有 4%，所以有极高的时效硬化效应。超硬铝的时效过程与Al-Zn-Mg合金一样，也是 G.P.区-n-

11、n- T相，但在120160 C时效，只发生 n相的沉淀过程，只当Ta 270 C时才能出现 n - T的沉淀过程。这是因为Zn的扩散系数比 Mg高，低温时效只能发生富Zn相MgZn2的沉淀过程，高温时效才能发生富Mg相T的沉淀过程。含Cu相(B和S)的沉淀过程比较复杂，有的研究结果认为在125 C以下时效出现B和S相，在Ta 125 C时效出现 n相。但也有人认为在 120 C时效32天， 160 C时效100h，只有n相出现。另外， Cu对时效速度也有影响， T a 0.7%后，在125150 C时效， 可以认为是在 Al-Zn-Mg系沉淀过程(G.P.区n n T)的基础上，又出现了Al

12、-Cu-Mg 系沉淀过程（G.P.区S S）。1.1.4. 超硬铝的一般特性超硬铝合金的淬火温度较宽，过烧敏感性小，在460500 C之间淬火，皆可保证合金的性能，例如 LC4板材，一般规定淬火温度为 470 5 C,其他几种常用的 超硬铝合金也采用此规范。前面已经提到，超硬铝合金的性能对淬火冷却速度的敏感，因此在淬火转移时 间和淬火介质上必须有所规定，生产中一般把转移时间限制在 15 秒以内。在较缓慢的冷却条件下，不仅强度下降，同时抗腐蚀性也受到损害。1.1.5. 超硬铝的热处理方法超硬铝合金是一种可热处理强化的边形铝合金，其热处理方法可采用退火，固 容，时效等一般的热处理方法。 但一般不采

13、用自然时效制度， 其原因是 Al-Zn-Mg-Cu 系合金 G.P. 区形成速度缓慢，自然时效过程常常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， 故超硬铝合金只进行人工时效处理。超硬铝合金的人工时效制度分单级和分级时效两种。以LC4 合金为例，单级时效规范为120 C时效24小时，此时沉淀相结构以 G.P.区为主，并有少量n ,合金 处于时效硬化状态；分级时效为120 C 3小时+160 C 3小时，此时强化相以n 为主。第一次处理相当于形核处理，第二次提高时效温度，以原G.P. 区为核心，形成均匀分布的 n 相，使合金保持较高的疲劳性能及抗应力腐蚀能力。1.1

14、.6. 超硬铝的品种与用途在超硬铝合金中， LC3 属铆钉用铝，强度与 LC4 相同，但塑性较高。为了获得 较高的塑性及铆接性能，不仅把铁、硅等杂质含量限制在最低水平，不加锰、铬， 而且降低了塑性有不利影响镁含量，提高了锌含量。合金的相组成为 a、MgZn2、T（AI2Zn3Mg3）及TiAl3。热处理为 470 5C淬火，十昼夜之内进行人工时效（100 C3小时+168 C 3小时）。可在淬火时效后任何时间内进行铆接。LC3的典型性能为：（T 0.2=52.0Mpa ， S =14%, t 0.2=32.0 Mpa ，在铆钉铝材中，LC3 的强度最高。LC4 合金和苏联的 B95 和美国的 7075 相当，是应用最早和最广的一种超硬铝合 金。可生产板，型材和模锻件，应用于飞机结构，如翼梁、蒙皮，起落架等。7075铝合金及其他超硬铝合金的一个共同缺点是耐热性低，例如在125 C负载工作超过100小时，强度降低