文/王玉佩·陜西宏遠(yuǎn)航空鍛造有限責(zé)任公司

7075 鋁合金屬于Al-Zn-Mg-Cu 系合金，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代航空航天工業(yè)和一些民用交通運(yùn)輸業(yè)，具有密度小、強(qiáng)度高、抗腐蝕性能以及加工性能好等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，飛機(jī)構(gòu)件的整體化、大型化要求采用高性能的厚截面鋁合金材料（如大鍛件和超厚板），以減輕重量，降低成本，提高可靠性。

7075鋁合金作為典型的可熱處理的強(qiáng)化鋁合金，其生產(chǎn)的構(gòu)件厚度大，由于厚截面材料固溶后淬火時(shí)，中心層往往難以獲得足夠高的冷卻速率，導(dǎo)致鍛件內(nèi)外組織和性能有很大的差異，外表面冷卻太快，縱向屈服強(qiáng)度超出指標(biāo)，心部性能因?yàn)楣倘懿怀浞謱?dǎo)致鍛件熱處理返修甚至鍛件報(bào)廢。因此本文以7075 鋁合金大厚鍛件(有效厚度≥140mm)為對(duì)象，固溶采用不同的淬火水溫20 ～35℃、60 ～85℃獲得不同的冷卻速率，從而研究固溶后水淬的水溫對(duì)其時(shí)效后的電導(dǎo)率、金相組織和室溫拉伸性能的影響。

試驗(yàn)方法

試驗(yàn)準(zhǔn)備

研究尺寸為φ190mm×450mm、有效厚度為140mm 的20 件7075-T7352 鋁合金自由鍛件，T7352狀態(tài)為熱處理固溶后加1%～5%的冷變形，本試驗(yàn)選用3%的冷變形。7075 鋁合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)%)為：5.7Zn、2.5Mg、1.6Cu、0.2Zr、0.097Fe、0.037Si，其他元素總和小于0.24，余量為Al。所有鍛件平行放置于裝料板上，鍛件之間要保證一定的間隙，鍛件在空氣循環(huán)電爐中固溶，隨爐升溫，具體的熱處理參數(shù)見(jiàn)表1。

時(shí)效后進(jìn)行電導(dǎo)率、室溫拉伸性能和顯微組織的測(cè)試。鍛件表面粗加工，粗加工后需一定時(shí)間的靜置，然后再進(jìn)行電導(dǎo)率的檢測(cè)，電導(dǎo)率檢測(cè)在渦流電導(dǎo)儀1752 上進(jìn)行，每個(gè)鍛件上均勻打5 個(gè)點(diǎn)，遵循AMS-A-22771 標(biāo)準(zhǔn)，得到電導(dǎo)率(%IACS)。鍛件的室溫拉伸性能測(cè)試在Cl-3001 材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，遵循ASTM E8/E8M-16a 標(biāo)準(zhǔn)，得到抗拉強(qiáng)度(Rm)、屈服強(qiáng)度(RP0.2)和延伸率(A)，每種狀態(tài)測(cè)試3 個(gè)樣品(表皮縱向1 根、表皮橫向1 根、心部約90mm 處高向1 根)。高倍試樣用腐蝕液HF∶HCl∶HNO3∶H20=2∶3∶5∶190 腐 蝕 后，采 用Cl-2001 光學(xué)顯微鏡進(jìn)行顯微組織觀察。

表1 7075 鋁合金鍛件的熱處理參數(shù)和鍛件數(shù)量及標(biāo)識(shí)

試驗(yàn)結(jié)果和討論

高倍組織

固溶采用不同淬火水溫，雙級(jí)時(shí)效后7075-T7352 鋁合金的顯微組織都無(wú)過(guò)熱、過(guò)燒組織，淬火水溫20 ～35℃的7075-T7352 鋁合金的金相照片如圖1 所示。淬火水溫60 ～85℃的7075-T7352 鋁合金的金相照片如圖2 所示。由圖1 和圖2 可以看出顯微組織主要有白色的Al 基體和黑色、暗黑色的η'(MgZn2)、T(Al2Mg3Zn3)、S(Al2CuMg)等第二相粒子組成，圖2(a)、(b)對(duì)比圖1(a)、(b)，可以明顯看出，圖1 黑色第二強(qiáng)化相更細(xì)小些，圖2(c)對(duì)比圖1(c)，可以明顯看出，圖2(c)組織相對(duì)較亮，對(duì)于含Cu、Zn 的合金在再結(jié)晶晶粒間還有不同的顏色對(duì)比度，對(duì)比度越大，說(shuō)明合金固溶越充分，也可說(shuō)明圖1(c)相對(duì)固溶不充分。

電導(dǎo)率和力學(xué)性能

由表2 可知，隨著固溶淬火冷卻速率的升高，淬火水溫60 ～85℃試樣電導(dǎo)率提高了2%IACS，同時(shí)不同方向力學(xué)性能的差異性小。電導(dǎo)率高、性能差異性小也是組織均勻的反映。組織越細(xì)小、均勻，鍛件的電導(dǎo)率越高、性能數(shù)據(jù)越穩(wěn)定，這也與圖2(a)、(b)、(c)組織結(jié)果相吻合。

隨著固溶淬火冷卻速率的升高，鍛件表皮的強(qiáng)度降了5 ～9KSI，結(jié)合圖1(a)、(b)黑色第二強(qiáng)化相細(xì)小，且分布均勻，心部性能反升了6KSI，這也符合圖1(c)相對(duì)固溶不充分，從而引起固溶體的過(guò)飽和度下降，導(dǎo)致鍛件心部強(qiáng)度不足。圖1(c)相對(duì)固溶不充分還導(dǎo)致了固溶淬火水溫20 ～35℃試樣的高向比縱、橫向的抗拉強(qiáng)度相差13KSI，屈服強(qiáng)度相差17KSI(表2)。遵循AMS22771 標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中要求鍛件的電導(dǎo)率在38%IACS ～39.9%IACS 之間，試樣的縱向屈服強(qiáng)度≤60.9KSI。由表2 縱向屈服強(qiáng)度可以看出，超出標(biāo)準(zhǔn)(～3KSI)，而固溶淬火水溫60 ～85℃的試樣三個(gè)方向均滿足其標(biāo)準(zhǔn)的要求。

結(jié)合表2 固溶淬火水溫20 ～35℃的鍛件的內(nèi)外性能差異，本文針對(duì)性的對(duì)淬火水溫20 ～35℃的試樣的心部90mm、表面、1/2 厚(50mm)處進(jìn)行力學(xué)性能的分析。

表2 7075-T7352 鋁合金鍛件雙級(jí)時(shí)效后的力學(xué)性能和電導(dǎo)率

表3 在不同取樣位置的力學(xué)性能

試樣在不同取樣位置的力學(xué)性能

由表3 可知，淬火介質(zhì)水溫20 ～35℃的鍛件，縱向抗拉強(qiáng)度從表皮、35mm、55mm 依次下降6.7KSI、1.5KSI；屈服強(qiáng)度依次下降6.4KSI、1.3KSI。試樣橫向抗拉強(qiáng)度從表皮、35mm、55mm 依次下降8.8KSI、1.5KSI；屈服強(qiáng)度依次下降11.1 KSI、0.8KSI。試樣高向抗拉強(qiáng)度從20mm 、35mm、90mm 依次下降4.5KSI、2.8KSI；屈服強(qiáng)度依次下降5.2KSI、1.7KSI?？v向和橫向距表皮55mm 處取樣，縱、橫向抗拉強(qiáng)度均壓線，說(shuō)明該自由鍛件(有效厚度約為140mm)的淬透性約為55mm。

結(jié)論

采用電導(dǎo)率測(cè)試、金相組織、室溫拉伸手段研究了淬火水溫對(duì)7075 厚鋁合金自由鍛件力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明：⑴7075 材料對(duì)水溫的敏感性高，鍛件淬火的冷卻速度快慢影響鍛件的內(nèi)外性能差異，固溶淬火水溫60 ～85℃三個(gè)方向的雙級(jí)時(shí)效后性能差異小，固溶淬火水溫20 ～35℃，雙級(jí)時(shí)效后高向的強(qiáng)度對(duì)比水溫60℃～85℃差異最大約13 ～17KSI。⑵7075-T7352 鍛件固溶淬火水溫60 ～85℃較水溫20 ～35℃，雙級(jí)時(shí)效后電導(dǎo)率提高了2%IACS，雙級(jí)時(shí)效后金相組織均勻，且三個(gè)方向都存在一定的方向性。⑶7075-T7352 鍛件有效厚度約為140mm，固溶淬火水溫20 ～35℃的淬透性約為55mm。