張 瓊

（中國航發(fā)哈爾濱東安發(fā)動機有限公司，黑龍江 哈爾濱 150066）

隨著鋁合金在經(jīng)濟發(fā)展中應用更加廣泛，其綜合性能的提升也越發(fā)重要[1]。7075 鋁合金最初開發(fā)是為了宇航器具，該材料質(zhì)量輕、強度高[2]。隨后，7075 鋁合金被應用于其他方面，例如：能源、化工等等[3]。和傳統(tǒng)的材料不同，7075 鋁合金可以通過熱處理，將其性能更好地發(fā)揮出來[4]。作為A1-Zn-Mg-Cu 系合金，7075 鋁合金具有高強、高韌的優(yōu)勢。但同樣，也存在一些問題導致了綜合性能不佳[5]。最嚴重的問題就是，對應力腐蝕過于敏感，這種缺陷帶來的影響是致命的，應力腐蝕可以降低金屬結構強度，最終導致失效，使得這種合金無法廣泛應用[6]。本文通過對7075 鋁合金的不同熱處理狀態(tài)研究，分析不同狀態(tài)下合金的性能，尋找最優(yōu)的熱處理方式。解決其面對問題，為7075 鋁合金的推廣掃清障礙[7]。

1 試驗材料及方法

1.1 實驗材料及成分

該項試驗所使用材料為，47mm 厚的7075 鋁合金板，其成分如表1 所示。

表1 7075 鋁合金化學成分（質(zhì)量分數(shù)%）

1.2 實驗方式

在傳統(tǒng)的熱處理方式中，為了保證7075 鋁合金的強度，通常采用峰時效T6熱處理的方式，這種方式保證了合金的高強度，但是，這種處理手段造成了合金的應力腐蝕性極高。另外還有一種G73 的過時效處理方式，這種方式改變了合金的晶界結構，對延緩腐蝕速度起了作用，但是卻降低了力學性能。因此，本文想要打破傳統(tǒng)的方式，將不同熱處理狀態(tài)下的合金性能進行研究。

第一種是固溶處理狀態(tài)，就是將7075 鋁合金高溫加熱到恒定溫度，使其經(jīng)過一小時充分溶解，隨后快速冷卻，用來獲取過飽和固溶體；

第二種是分級淬火狀態(tài)，將7075 鋁合金快速加熱保溫，等內(nèi)部與表面溫度相符后，放入作為介質(zhì)的水中進行冷卻。這種方式可以使合金內(nèi)部結構產(chǎn)生變化；

第三種是雙級時效狀態(tài)，雙級時效指是在不同溫度下進行兩次時效處理。首先在較低的溫度下進行預時效，以此來了解合金高密度的G.P 區(qū)，對組織的均勻性做一個提高；然后進行最終時效，這是需要保持較高溫度，并且時長要增加，例如：在160、170、180、190℃保持16 小時以及170℃分別保持10、14、16、20 小時，最終提高7075 鋁合金性能。

2 試驗結果分析

2.1 固溶處理狀態(tài)下合金處理結果

通過實驗數(shù)據(jù)進行分析，對合金的性能產(chǎn)生最大影響的，是固溶處理的溫度，固溶處理溫度的升高后，7075 鋁合金所展現(xiàn)出的硬度處于先上升后下降的狀態(tài)，其拉伸強度也是這種趨勢。合金性能最優(yōu)的峰值，出現(xiàn)在470℃。470℃以后，隨著溫度的不斷上升，各項數(shù)值皆開始下滑，如表2 所示。

表2 固溶處理中合金性能變化情況

2.2 分級淬火狀態(tài)下合金處理結果

在分級淬火的處理狀態(tài)中，以水作為淬火介質(zhì)，進行一小時的慢冷工藝，將溫度保持在350℃。通過這種淬火后，我們會可以觀察到，7075 鋁合金實驗材料的內(nèi)部結構發(fā)生了改變。

2.3 雙級時效狀態(tài)下合金處理結果

作為一種可強化的合金，7075 鋁合金在經(jīng)過時效處理后，才可以得到更高的力學性能。在雙時效處理中，控制好一級、二級時效的溫度，并且把握好時間，對合金的高強、高韌處理才能達到要求，充分發(fā)揮7075 鋁合金的性能。并且，將這種力學性能同抗腐蝕性能完美合作。雙時效處理對于力學性能的影響巨大，通過實驗中不同溫度、時間的測試，可以了解，溫度不斷上升后，雙時效狀態(tài)下的合金硬度在110℃左右出現(xiàn)最高值，隨后開始掉落，這時候R=650，W=610，A=48%，Rm=28%。如圖1 所示，圖中R、W、A、Rm 四條曲線分別對應硬度、強度、塑性、以及伸長率四種性能。除了溫度之外，時效時間也對合金的力學性能產(chǎn)生著重要影響。隨著時間的流逝，一級時效中，3-4h 是合金的最高硬度，這也就是最佳處理時間。綜上所述，一級時效處理的最好狀態(tài)的參數(shù)為：溫度（110±6）℃，時間為（3-4）h。二級時效的處理也做了相似實驗，其結果如圖2 所示，根據(jù)二級時效的實驗展現(xiàn)出來的數(shù)據(jù)，我們可以得知，二級時效處理狀態(tài)最好的時候是：溫度(180±6) ℃，時間為（13-14）h。此時合金的硬度、強度、拉伸率分別達到了700、687、31%。

圖1 一級時效溫度對力學性能影響

圖2 二級時效溫度對力學性能影響

除此之外，通過顯微鏡下對微觀結構的觀察，此時合金的晶界結構受到改變，在高強、高韌特點保持的基礎上，其耐腐蝕性也有所提升。

3 實驗結果討論

首先，7075 鋁合金在固溶處理狀態(tài)下，進行了試驗觀察，結果顯示，其最佳處理參數(shù)為470℃×1h，合金的各種屬性，包括硬度、強度等，在固溶溫度升高的時候有所上升，但是470℃以后開始下降。由于固溶溫度的不同，合金的強度和硬度發(fā)生不斷變化，470℃以下時，由于強化因素在組織中處于主體位置，強度和硬度都在不斷增加；超過這個溫度，處于主導位置的就變成了軟化因素，各方面都開始呈現(xiàn)下降趨勢。其次，將7075 鋁合金固溶處理后，以水為介質(zhì)，進行350℃×1h 的淬煉，這種處理狀態(tài)，可以使得合金內(nèi)部結構有所改變，經(jīng)過后續(xù)的恰當操作，在解決7075 鋁合金應力腐蝕性大的問題，可以產(chǎn)生極為重要的影響。最后，對7075 鋁合金進行雙級時效處理時，可通過數(shù)據(jù)觀察，得到最佳處理參數(shù)：（110±6）℃×（3-4）h+(180±6) ℃×（13～14）h。在這種處理狀態(tài)下，7075 鋁合金保證了高水平的力學性能，硬度、強度、拉伸率分別達到了700、687、31%。并且，很大程度提升了合金的抗應力腐蝕能力。

研究發(fā)現(xiàn)，想要降低7075 鋁合金的應力腐蝕敏感度，就要從合金的晶界結構入手，一些分子，在通過原子的吸引后，聚集在一起，才產(chǎn)生了應力腐蝕的現(xiàn)象。現(xiàn)在，我們將這些分子稱為β。在經(jīng)過雙級時效的熱處理狀態(tài)后，晶界結構中析出一些物質(zhì)，起到強化作用。這些物質(zhì)將結構中原有的分子β，進行了一定程度的隔離，保持了晶界結構內(nèi)β 的合理分布，減緩聚集的程度，從而降低了7075 鋁合金的應力腐蝕敏感度。通過觀察，直接進行雙時效處理時，顯示的分子β 聚集現(xiàn)象依舊比較嚴重。但是先進行固溶處理和分級淬火，然后開始雙時效處理，所顯示的結果就是，晶界結構中分子β 分布較均勻，這種情況可能是由于前兩種處理狀態(tài)，造成了一種物質(zhì)生成的傾向，這種物質(zhì)就是阻礙分子β 聚集的因素。再結合后續(xù)的雙級時效處理，這種物質(zhì)開始完全產(chǎn)生，從而提升了合金的耐應力腐蝕能力。在一級時效狀態(tài)下，7075 鋁合金的強度達到了很高的數(shù)值，然而其析出阻礙β 聚合的物質(zhì)較少，應力腐蝕性還比較大。但是，二級時效對于合金組織分解、強化產(chǎn)生較大作用，對耐蝕性的影響巨大。在經(jīng)過合理的雙時效熱處理狀態(tài)參數(shù)后，7075 鋁合金的抗應力腐蝕性能大幅度提升。與此同時，合金的強度、韌性依舊很高。

在評價材料的應力腐蝕性時，通常我們會根據(jù)慢應變速率拉伸進行測試，再根據(jù)公式處理得到相數(shù)據(jù)。數(shù)值越大，代表材料的應力腐蝕性越高。計算公式是：

Q=1-[Tc×（1+Zo）]/ [Ti×（1+Ze）]

公式中Q 代表應力腐蝕指數(shù)，Tc 表示斷裂強度在環(huán)境介質(zhì)中顯示的數(shù)值，Ti 代表的也是斷裂強度，但是所處介質(zhì)為惰性，Zo 與Ze 分別代表斷裂伸長率。通過公式的計算，我們可以明顯得出，固溶處理與雙時效處理結合狀態(tài)下的應力腐蝕指數(shù)為0.135，傳統(tǒng)的T6 熱處理狀態(tài)下為0.803，G73 的為0.453，通過對比，本文提出的方式：固溶處理+分級淬火+(110±6) ℃×（3-4）h+(180±6) ℃×（13-14）h 雙級時效，明顯提升了7075 鋁合金的耐應力腐蝕性能。

4 結束語

本文所針對的是7075 鋁合金不同熱處理狀態(tài)下的性能研究，通過實驗進行驗證，經(jīng)過觀察，挖掘7075 鋁合金的最佳熱處理方式，本文的研究結果，最大程度的完成了合金性能地提升，解決了傳統(tǒng)方法存在的問題，為7075 鋁合金材料的推廣產(chǎn)生了推動作用。