7xxx系铝合金时效热处理的工艺探究

1、7xxx系铝合金时效热处理的工艺探究张磊东北轻合金有限责任公司黑龙江哈尔滨150060摘要：木文在实际研究7xxx系铝合金热处理工艺的过程当中主要从固溶以 及吋效工艺两方面着手。在不断实践与应用的过程中7xxx系铝合金热处理工艺 已经取得相当明显的进步，但是我们还是不能忽略其中存在的不足与缺陷。必须 在提升重视程度的基础上客观分析其中存在的问题，并提出有针对性的措施与建 议，这对7xxx系铝合金热处理工艺的进一步发展有相当重要的作用。关键词：7xxx系铝合金；热处理；固溶；时效7xxx系铝合金在al-zn-mg-cu系合金的涵盖范圉之内，比重小、强度高、 加工性能好等是7xxx系铝合金的明显优

2、势与特征，现阶段航空航天工业以及民 用交通工具已经逐步实现对7xxx系铝合金的大面积使用。在现代航空航天和交 通事业不断进步与发展的过程当中7xxx系铝合金所面对的要求也越来越高。这 要求我们必须针对7xxx系铝合金热处理工艺规范进行不断的深化与研究，这是 进一步了解热处理材料工艺的重要手段。一、均匀化工艺促使铸锭加热到一定温度就是均匀化的实质与特征，为在真正意义上促使其 实现完全溶解的目标我们需要在长时间的保温后将其冷却到室温，这也是过饱和 固溶体的基础与前提，需要注意的是会有少量的细小质点在这一过程中析出。单 级均匀化、二级均匀化、连续均匀化和强化均匀化等是现阶段均匀化的几种主要 形式，二

3、级均匀化和强化均匀化是该项工艺未来发展的主要趋势与方向。在作业 过程中我们也需要结合实际情况科学选择上述工艺形式。低熔点元素过烧现象普遍存在于7xxx系铝合金中，为在真正意义上实现对 上述现象的改善我们需要科学借助单级均匀化。但是受到加热温度较低的影响其 均匀化并不能实现对理想效果的获取。二级均匀化出现时间较早，7xxx系铝合 金中共品相的i古i溶程度之间存在相当大的差异，其共品相组成、共晶温度及共晶 存在的状态之间也存在相当大的差异，因此二级均匀化是7xxx系铝较为适宜的 使用位置。强化均匀主要是利用较高的温度实现对均匀化目的的完成，均匀化时间在这 一过程中呈现出大幅度延长的趋势，相对来说起

4、均匀化程度较为彻底，这也是改 善材料铸态组织的重要手段，在强度方面该种工艺占据相当大的优势，但是其生 产效率则存在较为明显的缺陷与不足。二、固溶处理方法为实现对过饱和固溶体的获取我们需要使用7xxx系铝合金的固溶处理。在 实际进行作业的过程当中硬化溶质可实现与铝基体的均匀融合，其中主要涉及到 cu、mg、zn和si等。7xxx系铝合金的过剩相的数量、品粒尺寸与形态、强化元 素等也可在这一过程中得到较为彻底的改善。下面我们对较为常见的固溶处理工 艺进行分析。1. 单级固溶工艺单级固溶是在不产生过烧的条件下，采用单一的温度，进行固溶处理。通过 同溶处理，将这类菲平衡多相组织尽可能彻底转变为i占1溶

5、体组织，充分发挥合金 元素的有益作用，无疑是提高合金力学性能的有效途径。由于没有发挥7xxx系 铝合金的潜在性能，故在材料性能要求比较高的情况下避免使用。2. 强化固溶工艺强化i古i溶处理方法是先在某一温度下保温一定时间，然后以一定的升温速度 升温至更高的温度，保温后在室温下冷却。相对于单级固溶而言，随着固溶时间 的变化，调节固溶温度，从而使第二相能全部或最大限度地溶入固溶体，又随着 保温以快于第二相自固溶体中析岀的速度冷却，从而获得过饱和的溶质原子和空 位。在7xxx系铝合金屮，更大程度的达到过饱和固溶体。三、时效研究时效是通过改变7xxx系铝合金的时效工艺参数来改善合金的显微组织，从 而改

6、善材料综合性能的一种热处理工艺。目前国内外通常用的有单级时效、双级 吋效、冋归吋效和双峰吋效等。1. 单级时效探究单级时效(t6)采用单一的温度，一定的时间内进行时效处理。这一时效制度 是只单纯追求高强度的一种时效工艺。在一定程度上说强度提高了，但同时抗应 力腐蚀能力必将大大降低。尤其在含有氯的环境中在厚件的短轴向(st方向)更 为明显。对7xxx系铝合金来说，单级时效工艺只与温度和口寸间两个参数有关， 一般认为温度起主导作用，温度越高，达到的峰值所需的时间越短，电导率的增 长也越快。但材料的强度与伸长率下降比较明显，材料的强度、韧性和应力腐蚀开裂 (scc)敏感性等受时效条件的影响特别显著。

7、7xxx铝合金中组织参数的稍微变 化，其性能可发生大幅度波动。很难确定这单一的温度就是最佳工艺参数，因而 很难发挥出7xxx系铝合金的最佳综合性能。2. 双级时效探究双级时效是先低温后高温两个阶段。在低温下主要获得gp区为主的细小沉 淀相，那些能在高温时效温度下稳定存在的gp区优先成核转化为j,相当于形 核阶段。而在后高温时段，通过过渡相的沉淀和晶界结构的变化，从而获得均匀 弥散的mpt和较大不连续的gbp结构，相当于稳定化阶段。3. 回归再时效探究这是一个复杂的组织转变过程，必须对各个阶段综合考虑。第一阶段：较低 的温度进行预时效，达到峰值时效状态为最好，如果达不到，只达到欠时效或者 过时效

8、，则最后回归再时效达不到预期的效果，即强度损失了，抗应力腐蚀性能 并没有多大的提高。因此，第一阶段对后续工序至关重要。第二阶段：高温长时，这对抗应力腐蚀性能和韧性非常有利，但是时间过长, 很容易导致强度的损失。第三阶段：在较低温度下再时效，可使抗应力腐蚀性能 有所提高，但是强度要损失一点，实际应用中是要综合考虑选择适当的时效时间 和温度规范。四、深冷处理措施与方法7xxx系铝合金通过i古i溶强化获得高强、高韧性的同时，并伴随着严重的淬 火残余应力，大大降低了航空件的抗scc性能和抗疲劳强度，以及机械加工尺寸 的不稳定性等。鉴于固溶强化木身的工艺特点，很难采用高温去应力退火，也难 以通过机械拉伸

9、、振动或压缩等应力消除方法，因此有学者独辟蹊径提出了深冷 处理，并在7xxx系铝合金上运用。在深冷介质中停留时间对应力消除效果和机械性能的影响较小，而在 qcw2oi型高温有机介质中保温时间对应力消除效果和力学性能的影响很大；a 在第一次深冷急热循环中消除了绝大部分残余应力，再增加循环次数改进效果不 大。虽然众多学者已初步得到了较好的热处理效果，但是深冷处理对7xxx系铝 合金材料的组织和性能的影响还处于初期探索阶段。另外深冷处理对7xxx系铝 合金性能影响的机理问题还存在诸多争议，且在这种热处理规范下的抗scc性能 提高或者提高多少等方面的研究几乎没有相关报道。如果该方面的研究一旦有所 突破，将会大大促进深冷处理在7xxx系铝合金上的应用。结语：对不同牌号的7xxx系铝合金，合理选择各个工艺参数，特别是回归 再时效制度的工艺参数来控制合金的显微组织，以获得mpt、gbm和pfz的最佳 配合，使材料的综合性能，特别是静强度、