王井玲

（天津職業(yè)技術師范大學 天津 300222）

0 引言

鋁合金密度不高，力學性能中強度相對不錯，延展性好，可以用它加工成各種形狀的材料，本身具有很好的導電性、導熱性、耐腐蝕性，在工業(yè)上得到了普遍的應用，應用程度僅僅低于鋼的應用。隨著科學技術的發(fā)展，這些年來工業(yè)也得到了快速的發(fā)展，鋁合金作為重要的金屬資源材料在航空、醫(yī)療以及軍事工業(yè)等領域起到了越來越重要的作用。

7055鋁合金是中高強鋁—鋅—鎂系鋁合金中的一種，具有密度低、韌性好、所需制造的成本低以及成型方便快捷等特點，在航空、航天、交通等其他方面得到很大的應用。7055鋁合金是美國鋁業(yè)公司通過增加 Zn和 Cu兩大主要元素，在7050和7150合金系列基礎上開發(fā)得到的。其性能優(yōu)勢是強度高、密度低，斷裂韌抗疲勞性能和抗腐蝕性能都非常好，廣泛應用于航空航天領域。7055高強鋁合金的主要雜志元素是Fe和Si，主要添加的合金元素有Zn，Mg，Cu還有Zr。

我國對超高強的鋁合金研究時間很短，而對7055鋁合金以及對7055鋁合金的制造工藝的研究才剛剛開始，雖然近些年來，不少研究者和專家增加了對7055鋁合金的研究力度，也取得了不少成就和研究數據，但是和世界先進國家相比，距離還很大。

1 7055鋁合金的制備與成型工藝

7xxx系合金液/固相線間距大，凝固成形時過渡帶寬，易出現疏松、氣孔等組織缺陷，鑄造裂紋傾向較大，給在高強條件下工作的零件帶來危險，常規(guī)加工方法多數采用鑄造之后塑形加工成形，存在嚴重偏析、未溶共晶相粗大等問題。提出噴射成形快速凝固——熱擠壓——固溶時效處理后 SEM 檢測組織致密，屈服強度大463MPa抗拉強度512MPa伸長率14%，硬度204.5HV。

7055鋁合金屬于Al-Zn-Mg-Cu系合金，為可沉淀硬化鋁合金，控制沉淀相的結構，可使之強化，主要采用固溶處理和人工時效處理進行強化。不同的熱處理對合金的強度、抗應力腐蝕性能、斷裂韌性都產生較大的影響。目前7055鋁合金主要通過固溶處理和時效實處理現強化。自7055鋁合金問世以來，其固溶時效熱處理制度也在發(fā)展。利用不同時效條件下，沉淀相析出的不同。但是，迄今為止，這些沉淀相的結構組成和形態(tài)特征，以及析出過程中的組織演變規(guī)律還沒有形成確切統(tǒng)一的說法。目前7055鋁合金常用的熱處理工藝經歷了T6-T73-T74-T76-T77-T79-T7751一系列的優(yōu)化過程。其中，T7751的工藝過程至今未公開。

液態(tài)模鍛，被人們又稱之為擠壓鑄造，是目前世界上剛剛興起的一種新的金屬成型方式。液態(tài)模鍛技術具有生產出來的產品質量好，所使用設備少，節(jié)約能源，環(huán)境污染小，所消耗的成本低等特點該技術為7055鋁合金提供了一種可能的生產工藝，通過熱處理獲得性能良好的7055鋁合金。

2 液態(tài)模鍛7055鋁合工藝及組織特征

2.1 液態(tài)模鍛工藝參數

液態(tài)模鍛7055鋁合金采用的工藝參數如表1所示。澆注溫度為720℃，壓力值分別為0Mpa,30Mpa,60Mpa,90Mpa,130Mpa。

2.2 液態(tài)模鍛7055鋁合金組織性能檢測

如圖1所示是五種壓力下液態(tài)模鍛后放大200倍的金相組織。從圖中可以看出，其晶粒分布不均勻，偏析現象比較嚴重，合金中的各個組成元素在結晶時分布不均勻。7055鑄態(tài)合金的組織為固溶體基體上均勻分布著第二相顆粒，高溫沉淀的尺寸在 m以上的粗大結晶相顆粒、高溫沉淀的 m以下的彌散相顆粒和時效析出的尺寸在0.1 m以下的析出相顆粒。7055 的物相組成為 -AL（固溶體），（MgZn2）、S（Al2CuMg）、T（Al2Zn3Mg2）和Al3Zr。各個相的晶格結構，哪個相起決定性的強化作用未定。

從晶粒尺寸方面分析，當壓力為60MPa時，晶粒的平均尺寸最小，晶粒大小不均勻，當壓力小于60MPa時，隨著壓力的增加，晶粒尺寸不斷減小，當壓力大于60MPa，隨著壓力的增加，晶粒尺寸有增大趨勢。60MPa壓力為該工藝參數條件下獲得細小晶粒的一個臨界點，60MPa前壓力越大晶粒尺寸變得越細，但超過60MPa的壓力后，壓力越大，晶粒尺寸也變得越大。晶粒尺寸變化的主要原因是過冷度的影響。液態(tài)模鍛過程中鑄件在壓力的作用下凝固，鑄件與模具之間的間隙會變小甚至消除，當間隙變小后，金屬模具的傳熱速度增快，從而鑄件的冷卻速度就會變快，過冷度增大，使得晶粒細化。而且在壓力的作用下，會使熔點升高，相當于理論結晶溫度升高，實際結晶溫度不變或降低，從而使過冷度變大，形核率增大，單位時間單位體積中的晶核數量就越多，使得晶粒細化。同時壓力還會阻止晶核長大，從而增加晶核數量，也促進晶粒細化。

圖1：不同壓力下液態(tài)模鍛后金相組織（200×）

從晶粒粗細變化與壓力的關系可以看出影響晶粒尺寸的工藝因素不是單一的壓力。其影響結果的關鍵點是加壓時，熔體溫度值。該溫度在液相線附近某一個值時，隨壓力的增加而晶粒尺寸減小。例如，有研究提出，當澆注溫度大于某一臨界溫度值時，隨壓力增加，晶粒尺寸增大，當澆注溫度小于某一臨界溫度值時，隨壓力的增加，晶粒尺寸增大。

在液態(tài)模鍛的過程中，增加壓力可以改變固溶度；細化第二相；減小原子間距改變熱擴散系數和導熱率；改變形核速率和晶體長大速度，這些都是晶粒能夠得以細化的原因。

表1：五個壓力測得硬度值表

不同壓力下的液態(tài)模鍛7055鋁合金的維氏硬度如表1所示。硬度測試時，為了保障結果的準確性，至少取三個點，計算其平均值作為硬度測試結果。當液態(tài)模鍛的壓力參數值為60MPa時，硬度最高為155HV，明顯高于壓力為0參數下的硬度。

實驗結果證明，相較于普通鑄造技術，由于壓力作用使結晶過冷度增大等原因，采液態(tài)模鍛技術制備7055鋁合金可以獲得更為細小均勻的晶粒，實驗測得的平均硬度也更高。液態(tài)模鍛技術可用于7055鋁合金的成型，為實現高強鋁合金的超強韌化提供了途徑。