7075时效对组织与性能的影响.doc

研 究 报 告时效处理对时效处理对 7075 铝合金组织和性能的影响铝合金组织和性能的影响兴发创新股份有限公司兴发创新股份有限公司广东工业大学广东工业大学20032003 年年 6 6 月月 8 8 日日摘摘 要要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℃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℃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℃，保温 4 小时，二级时效的温度为 140℃～160℃，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 热处理 双级时效目目 录录摘要…………………………………………………………………………2 Abstract……………………………………………………………….…….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…………………………...5 1. 1. 2 超硬铝合金化……………………………………..5 1. 1. 3 超硬铝的组织……………………………………..6 1.1.4.超硬铝的一般特性…………………………………7 1.1.5.超硬铝的热处理方法………………………………7 1.1.6.超硬铝的品种和用途………………………………7 1.1.7.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. 1 7075 简介……………………………..……………91. 2. 2 7075 的各种性能……………………..……………9 1.2.3 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第二节实验过程…………………………………………….2. 2. 1 实验方案……………………………….………14 2.2.2 实验步骤………………………………………… 2.2.2.1 基本工艺流程………………………17 2.2.2.2 准备试样……………………………17 2.2.2.3 热处理………………………………18 2.2.2.4 硬度测试……………………………19 2.2.2.5 显微组织观察………………………20 2.2.2.6 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第一章第一章 文文 献献 综综 述述第一节第一节超硬铝合金简介超硬铝合金简介1.1.1 铝合金的应用与发展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 600～700Mpa，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℃） ；在 Al- Zn 系中，在 275℃（共析温度）锌的溶解度为 31.6%，382℃（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 β、T、η、θ 和 γ，其中 β 相为 Mg5Al8，T 相为 Al2Mg3Zn3，η 相为 MgZn2，θ 相为 MgZn5，γ 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 α+T 或 α+T+η 相区。

在淬火时效处理后强度可达到 400～500Mpa，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 350～500℃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： 5～8%Zn，1.7～3.6%Mg，0.8～3.0%Cu，0.1～0.5%Cr，0.2～0.8%Mn 及少量钛、钒等元素 常用超硬铝合金的主要组成为 α+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 1.1.3.1.1.3.超硬铝的组织超硬铝的组织目前，工业上常用超硬铝合金的成分范围大约是： 5～8%Zn，1.7～3.6%Mg，0.8～3.0%Cu，0.1～0.5%Cr，0.2～0.8%Mn 及少量钛、钒等元素 其主要组织为 α+η(MgZn2)+T(Al2Zn3Mg3)+S(Al2CuMg)，但因 Cu 量的多少而略有变化， 当超硬铝含 5～7%Zn 和 1～3%Mg 时，Cu＞0.7%即会出现 S 相，Cu＞2%还会出现 θ 相， 但超硬铝合金的主要强化相是 η 相，此外尚有少量含铁、硅、铜、锰等元素的杂质相η 相在 470℃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→η′→η→T 相，但在 120～160℃时效，只发生 η 相的沉淀过程，只当 Tα＞270℃时才能出现 η→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（θ 和 S）的沉淀过程比较复杂，有的研究结果认为在 125℃以下时效出现 θ 和 S 相，在 Tα＞125℃时效出现 η 相但也有人认为在 120℃时效 32 天，160℃时效 100h，只有 η 相出现另外，Cu 对时效速度也有影响，Tα＜50℃能减慢时效过程，但 Tα=100～200℃又能促进人工时效过程，而且能扩大 G.P.区的存在温度范围，即能提高 TC 温度总之，超硬铝的 Cu＞0.7%后，在 125～150℃时效，可以认为是在 Al-Zn-Mg 系沉淀过 程（G.P.区→η′→η→T）的基础上，又出现了 Al-Cu-Mg 系沉淀过程（G.P.区→S′→S） 1.1.4.1.1.4. 超硬铝的一般特性超硬铝的一般特性 超硬铝合金的淬火温度较宽，过烧敏感性小，在 460～500℃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℃，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1.1.5.1.1.5. 超硬铝的热处理方法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℃时效 24 小时，此时沉淀相结构以 G.P.区为主，并有少量 η′,合金处于时效硬化状态； 分级时效为 120℃3 小时+160℃3 小时，此时强化相以 η′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 η′相，使合金保持较高 的疲劳性能及抗应力腐蚀能力1.1.6.1.1.6. 超硬铝的品种与用途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 α、MgZn2、T(Al2Zn3Mg3)及 TiAl3热 处理为 470±5℃淬火，十昼夜之内进行人工时效（100℃3 小时+168℃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：σ0.2=52.0Mpa，δ=14%，τ0.2=32.0 Mpa，在铆钉铝材中，。