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7050 铝合金的热处理工艺

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摘要：

7050 铝合金是机械制造中常用的超硬铝合金，具有强度高、韧性好、抗疲劳性好、耐腐蚀性好等优越的综合性能，可用于制作厚板、型材、锻件、丝材等。因其具有优越性能，在航空上应用也很广泛，可用于制作对强度、韧性、耐腐蚀性、抗疲劳性要求高的承力构件，如隔框、翼肋、粱、壁板、铆钉等零件。这种铝合金之所以具有优越性能，一方面是由其内部成分决定，另一方面则需要通过热处理来实现。

1 材料简介

7050 属于AI-Zn-Mg-Cu 系铝合金，主要合金元素是锌,也添加少量的镁、铜、铬等元素。锌、镁两种元素具有重要作用，能够在合金中生成强化相，锌、镁含量越多，铝合金的强度越高。具体化学成分如表1 所示：

表1化学成分铬(Cr) 锆(Zr) 锌(Zn) 硅(Si) 铁(Fe) 锰(Mn) 镁(Mg) 钛(Ti) 铜(Cu) 含量（%） ≤0.04 0.08～0.15 5.7～6.7 ≤0.12 ≤0.15 ≤0.10 1.9～2.6 ≤0.06 2.0～2.6

2 试验过程

2.1 试验材料及设备

φ10×20mm 的7050 铝合金试样若干，空气炉，硬度计，万能试验机。

2.2 试验方案

7050 铝合金属于可热处理强化铝合金，通过固溶处理和时效强化提高其性能。固溶处理是将铝合金加热保温水冷，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。过饱和程度越高，强化效果越好。固溶处理的工艺有很多种，比如单级固溶、双级固溶、逐级固溶等。其中单级固溶具有工艺简单、成本低、生产周期短的特点，本试验主要基于单级固溶开展。在固溶处理中，加热温度和保温时间这两个工艺参数起到了至关重要的作用，对最终性能影响很大。

2.2.1 固溶处理加热温度的影响

准备6 个铝合金试样进行试验，试验方案如下：设置固溶处理加热温度分别为465℃、470℃、475℃、480℃、485℃、490℃，保温45min，水淬,再人工时效。

2.2.2 固溶处理保温时间的影响

选择固溶处理加热温度分别为485℃，保温时间分别为25、35、45、55min，水淬，再人工时效。

2.2.3 固溶处理冷却介质的影响

准备3 个铝合金试样，试验方案为：设置固溶处理加热温度为475℃，保温1h，1 个铝件用常温水冷却，1 个铝件用55℃热水冷却，1 个铝件用66℃冷却，再进行人工时效。

时效是把固溶处理之后的铝合金加热保温，然后空冷，使过饱和固溶体分解，获得稳定组织的热处理工艺。时效强化有两种方式，自然时效和人工时效，对于7050 铝合金来说，常采用人工时效的方式。时效强化的工艺有很多种，如单级时效、双级时效、分级时效等。

时效过程中因为析出第二相而强化，强化效果和第二相的类型、数量、尺寸、形态、稳定性等因素有关。时效的方式、工艺、温度、时间都会对其产生影响，导致最终性能的差异。

2.2.4 人工时效加热温度的影响

准备4 个铝合金试样，试验方案为：固溶温度475℃，保温1h，水淬，分别100℃、120℃、130℃、140℃时效，保温24h，空冷。

2.2.5 人工时效保温时间的影响

准备5 个铝合金试样，试验方案为：固溶温度475℃，保温1h，水淬，120℃时效6h、12h、24h、48h、72h，空冷。

3 试验结果及分析

3.1 固溶处理加热温度的影响

固溶处理加热温度对性能的影响见表2。从表中数据可以看出，随着加热温度的升高，抗拉强度、屈服强度先逐渐升高，延伸率则逐渐降低，然后强度下降，延伸率升高。这是因为随着温度的升高，合金中残余的粗大第二相不断的固溶，形成过饱和固溶体。当加热温度达到475℃时，粗大第二相减少量最多，过饱和程度最大，强度也最高。随着温度的进一步增加，晶粒会变得粗大甚至是出现过烧现象，强度反而会下降。由表中数据亦能看出，温度虽然相差不大，但性能相差很大，因此，固溶处理时，需严格控制温度，避免出现加热温度过低过高导致的强度过低或者过烧现象。

表2 固溶处理加热温度对性能的影响试样编号温度抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 延伸率(%) 1 465℃ 540 489 15.8 2 470℃ 551 497 15.2 3 475℃ 563 512 14.5 4 480℃ 556 502 14.9 5 485℃ 547 494 15.3 6 490℃ 532 485 16.1

3.2 固溶处理保温时间的影响

固溶处理保温时间的影响见表3。从表中数据可以看出，随着保温时间的延长，抗拉强度和屈服强度也随着升高，塑性降低，到达峰值后，强度下降，塑性提高。这是因为保温时间过短，粗大第二相固溶的数量较少，过饱和度低，强度低，保温时间长，粗大第二相固溶的数量多，强度高，保温时间过长，会重新析出粗大的产物，强度下降。

文章来源：《热处理技术与装备》网址: http://www.rcljsyzb.cn/qikandaodu/2021/0207/343.html