昆明理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 郝 勇 陳佳欣 孟慶猛

高強(qiáng)鋁合金不同退火溫度的組織演變規(guī)律研究

昆明理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 郝 勇 陳佳欣 孟慶猛

采用高倍光學(xué)顯微鏡，X射線衍射(XRD)等手段，對高強(qiáng)鋁合金在不同的退火溫度下前后的顯微組織進(jìn)行了研究.結(jié)果表明：350℃，保溫2.5小時之后的高強(qiáng)鋁合金，其組織變得比較均勻，晶粒有比較明顯的細(xì)化.400℃，保溫2.5小時之后的高強(qiáng)鋁合金，其組織進(jìn)一步均勻化.晶粒變得更加的細(xì)小.通過實(shí)驗(yàn)，基本實(shí)現(xiàn)了均勻化的目的，晶粒大小范圍在20~50μm，為下一步實(shí)驗(yàn)做好了準(zhǔn)備.

高強(qiáng)鋁合金 退火溫度 顯微組織 晶粒

高強(qiáng)鋁合金近年來得到廣泛研究，這類鋁合金屬于A1-Zn-Mg-Cu系合金，具有比重小、強(qiáng)度高、加工性能好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天工業(yè)和民用交通工具等。隨著現(xiàn)代航空航天和交通事業(yè)的發(fā)展。對高強(qiáng)鋁合金的性能提出了更高的要求。從而促使國內(nèi)外研究工作者對高強(qiáng)鋁合金加工工藝規(guī)范開展了更加深人的研究和探討，并在近幾年的加工工藝研究中取得了大量的成果。其中的退火工藝是材料加工過程中的重要影響因素，本文通過采用不同的溫度退火工藝，對高強(qiáng)鋁合金退火前后的顯微組織進(jìn)行研究，為以后的研究與應(yīng)用提供參考。

均勻化退火即將鑄錠加熱到接近固相線或共晶溫度，長時間保溫后冷卻到室溫，使可溶解的相組織完全或接近完全溶解，形成過飽和固溶體以及少量彌散析出的細(xì)小質(zhì)點(diǎn)。二級均勻化是較早出現(xiàn)的一種均勻化工藝，由于7xxx系鋁合金中共晶相的固溶程度不同。其共晶相組成、共晶溫度及共晶存在的狀態(tài)亦不同，故7xxx系鋁較適合二級均勻化。

一、試驗(yàn)材料及方法

本實(shí)驗(yàn)采用高強(qiáng)鋁合金作為試驗(yàn)原材料，其化學(xué)成分4.93%Zn，1.39%Mg，0.06%Cu，其余為Al.合金的處理狀態(tài)是T1，均勻化退火處理的試樣尺寸為10mm×10mm×25mm，采用高溫加熱爐分別在350℃和400℃對高強(qiáng)鋁合金進(jìn)行均勻化退火，保溫時間是2.5小時，之后隨爐冷卻.得到退火后的試樣。

將試樣依次用400#~1200#的水磨砂紙預(yù)磨后進(jìn)行機(jī)械拋光，由于高強(qiáng)鋁合金不易腐蝕出晶界，采用陽極鍍膜法進(jìn)行腐蝕，采用3%的HF酸和3%的硼酸進(jìn)行混合，配制腐蝕液.腐蝕液中用鉛板做陽極，同時加以20V的電壓，腐蝕時間20S左右.然后在高倍光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行顯微組織的觀察和分析，采用ProgResCapture圖像采集軟件采集圖像，得到結(jié)果。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

1. XRD對強(qiáng)度及元素的檢測。

為了對比退火樣與原樣的強(qiáng)度以及元素成分，對退火樣與原樣進(jìn)行X射線衍射檢測，如圖所示。

圖1 X射線衍射檢測圖

通過對原樣以及350℃退火樣的XRD的結(jié)果分析，我們可以知道，退火樣的強(qiáng)度比原樣有明顯的降低.由此可以分析得到，400℃退火后的高強(qiáng)鋁合金的強(qiáng)度會進(jìn)一步的降低.高強(qiáng)鋁合金在基體鋁上含有。

2. 原樣及退火樣的顯微組織分析。

圖a顯示了原樣的光學(xué)顯微組織。通過觀察可知材料內(nèi)部有很強(qiáng)的應(yīng)力集中，晶粒分布不均勻，很難看出有細(xì)化的效果。這表明退火前的高強(qiáng)鋁合金有很高的強(qiáng)度，不易進(jìn)行擠壓變形實(shí)驗(yàn)。

圖 a，b，c 高強(qiáng)鋁合金的退火顯微組織

圖b顯示了350℃均勻化退火后高強(qiáng)鋁合金的光學(xué)顯微組織。從圖中可以看到微觀結(jié)構(gòu)特征為：晶粒形態(tài)發(fā)生了明顯的變化，出現(xiàn)更為細(xì)小的晶粒，晶粒的尺寸大概在30~40μm.通過均勻化退火，高強(qiáng)鋁合金的組織達(dá)到明顯的細(xì)化，組織變得更加的均勻，應(yīng)力集中得到明顯的改善，這樣更有利于接下來的材料加工實(shí)驗(yàn)。

圖c顯示了400℃均勻化退火后高強(qiáng)鋁合金的光學(xué)顯微組織?？梢钥吹匠霈F(xiàn)了很多細(xì)小的晶粒，整體組織趨于更加的均勻，晶粒之間的尺寸相差也比較?。徽f明在400℃均勻化退火后，形成更加均勻一致的晶粒。晶粒細(xì)化效果比350℃均勻化退火要明顯，晶粒尺寸接近20μm。此時的高強(qiáng)鋁合金的強(qiáng)度比原樣要低，更適合進(jìn)一步的加工。

三、結(jié)論

1. 隨著退火溫度的升高，高強(qiáng)鋁合金的組織明顯的均勻化，晶粒變得更加的細(xì)小。

2. 高強(qiáng)鋁合金的強(qiáng)度變得更小，這樣更有利于進(jìn)行下一步的材料加工，為日后的實(shí)驗(yàn)做好準(zhǔn)備。

3. 微量元素對鋁合金的組織的影響不大，主要是ZnMgCu。

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