双级时效对7A60铝合金组织与性能的影响

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7A60铝合金属于新型Al-Zn-Mg-Cu合金,与传统的Al-Zn-Mg-Cu合金相比,7A60铝合金Zn元素含量更高,并且减少了Cr等杂质元素的含量,被广泛应用于各行各业。但是,铸态7A60铝合金由于综合性能较差,难以达到国家航空航天材料标准,由于其具有热处理强化的特性,需要探究合适的热处理制度,提高铸态7A60铝合金的综合性能。本文对铸态7A60铝合金进行不同参数的单级、双级时效实验,借助硬度测试、拉伸实验与电导率测试比较时效参数对铝合金综合性能的影响,并通过金相、SEM测试和XRD测试观察铝合金时效过程中显微组织的变化,得出最佳工艺参数,使7A60铝合金的综合性能得到大幅提升。研究结果表明:470℃2h的固溶处理使7A60铝合金的硬度由103.7HV提升至202.9HV、抗拉强度由264.4MPa提升至355.6MPa,延伸率由1.8%提升至2.3%,但电导率由36%IACS下降至30.5%IACS。7A60铝合金在135℃单级时效后硬度与抗拉强度普遍较高,保温12h达到峰值,分别为231.8HV和568MPa,单级时效使铝合金延伸率缓慢上升,电导率随着保温时间的增加逐渐增加。双级时效使7A60铝合金硬度与抗拉强度有一定的下降,第二级时效的温度越高,硬度与抗拉强度下降的速率越快,延伸率整体变化不大,电导率随着保温时间的增加逐渐上升。通过对双级时效参数进行优化,得出最佳工艺参数为135℃/12h+169.3℃/15.3h,在此参数条件下,硬度为165.3HV,抗拉强度为516.2MPa,延伸率为3.6%,电导率为42.1%IACS。固溶处理会增大晶粒尺寸,时效处理对晶粒尺寸影响不大。铝合金在时效过程中析出的第二相主要为Mg Zn2相,先析出长条状亚稳态的η’相,η’相为强化相,铝合金硬度和强度逐渐增加。随着时效的进行,η’相转化为稳态的η相,η相强化效果较弱,硬度和强度降低。η’相与基体半共格,η相与基体不共格,η’相转化为η相后,晶格畸变降低,自由电子散射减少,电导率增加。双级时效并没有解决7A60铝合金延伸率较低的问题,因此,采取高压扭转和双级时效工艺相结合的方法来提高7A60铝合金的综合性能。结果表明:高压扭转与固溶时效相结合的方法比单一方法会使铝合金的综合性能获得进一步的提升。硬度达到207.4HV,抗拉强度达到685.6MPa,延伸率9.4%,电导率达到44.3%IACS。此外,通过SEM观察等方式对高压扭转后固溶时效的强化机理进行了研究,结果表明:硬度与抗拉强度的提升主要是因为细晶强化、固溶强化与第二相强化,单独的固溶强化与第二相强化对铝合金塑性的影响不大。高压扭转加固溶时效后,在细晶强化的作用下再进行固溶强化与第二相强化,延伸率会有大幅上升。
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