侯顯智，劉顯東，馮正海，遲福全
(東北輕合金有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱150060)
摘要：研究了不同時效制度下7055鋁合金的微觀組織，分析了不同顯微組織對7055鋁合金性能的影響。
關(guān)鍵詞：時效；晶界；顯微組織
7055屬于A1-Zn-Mg-Cu系合金，它具有比強(qiáng)度高、加工性能好及焊接性能優(yōu)良等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天及民用工業(yè)等領(lǐng)域。合金顯微組織的微小變化，其性能即可發(fā)生大幅度的波動。本文研究不同時效制度處理的國產(chǎn)7055鋁合金的微觀組織。
1 試樣熱處理及電鏡試樣制備
1.1 試樣時效制度
試樣淬火后經(jīng)下列時效制度處理：
(1)120℃ 30h，105h，120h，130h，190h；(2)140℃ 8h,28h，140h；(3)120℃ 30h+175℃ 1.5h+120℃ 30h；(4)140℃ 28h+175℃ 1.5h+140℃ 28h。
1.2 電鏡試樣的制備
從固溶淬火、時效處理后的硬度和電導(dǎo)率試樣上，用線切割機(jī)切取電鏡觀察試樣。試樣直徑3mm、厚0.5mm經(jīng)手工打磨，按常規(guī)電解雙噴法制備。
2 合金的顯微組織分析
2.1 合金在120℃時效不同時間的顯微組織
從圖1a-1d可以看到，7055合金基體中彌散分布著第二相粒子，晶界上沉淀粒子η相隨著時效時間的延長而長大，粒子的間距也增大。隨時效時間的延長，晶界沉淀相兩邊的無析出區(qū)帶變寬。經(jīng)120℃30 h時效處理，基體析出相非常細(xì)小，幾乎全是球形粒子；經(jīng)120℃105h時效的組織，基體析出相已有所長大，除了球形粒子外，還有較多的片狀粒子；經(jīng)120℃130h時效的組織中，基體析出相進(jìn)一步長大，粒子間距明顯增大，粒子形狀仍存在球形和片狀兩種；經(jīng)120℃190h時效的組織中，基體沉淀相進(jìn)一步粗化，粒子間距也很大，沉淀相中仍存在球形粒子，更多的是片狀粒子。
2.2 合金在140℃時效不同時間的顯微組織
從圖可以看出，對于7055合金來說，140℃8h時效處理是屬于欠時效，基體中彌散分布的第二相粒子主要是球形粒子；經(jīng)140℃28 h時效后，基體中第二相粒子呈彌散分布，粒子形狀為球形和片狀，而較多的是片狀粒子；經(jīng)140℃140h時效處理，基體組織是典型的過時效組織，粒子粗大，間距也大。140℃時效的試樣，晶界上粒子尺寸和間距隨時效時間的延長而增大，晶界兩邊的無析出區(qū)的寬度也隨著時間的延長而變寬。
圖1 7055合金在120℃時效不同時間后的顯微組織
圖2 7055合金在140℃時效不同時間的顯微組織
2.3 合金在120℃30 h和140℃28 h回歸處理的顯微組織
圖3、圖4是7055合金在兩種回歸處理（RRA）制度下的顯微組織照片。140℃28 h回歸處理后的組織，基體沉淀相及晶界析出相已明顯長大，晶界無析出區(qū)較寬，晶界上粒子粗大，間距也大，似乎已處于過時效狀態(tài)。而經(jīng)120℃30 h回歸處理后的組織與140℃28 h回歸處理的相比，基體沉淀相尺寸較小，間距也較小，晶界無析出區(qū)也較窄些。但與120℃105 h、120℃130 h時效處理的組織相比，基體中彌散分布著第二相粒子和晶界上粒子較粗，粒子間距也大，尤其是晶界組織狀態(tài)的變化更為明顯。
圖3 120℃30 h回歸處理后顯微組織
3討論
7055鋁合金是A1-Zn-Mg-Cu系鋁合金，該合金在120℃時效，隨著時間的延長，先后在30 h、105 h、130h處出現(xiàn)硬化峰，表明合金時效過程在這些位置有新相析出。前人的研究表明，A1-Zn-Mg-Cu系合金時效過程中沉淀相析出順序?yàn)椋害粒ㄟ^飽和固溶體）→GP區(qū)→η′相（MgZn2）→η相（MgZn2）。7055合金在時效過程中出現(xiàn)三個時效峰，可能與三種相的析出對應(yīng)，即120℃30 h是GP區(qū)析出，120℃105 h是η′相析出，120℃130 h是η相析出。在A1-Zn-Mg-Cu系合金中，GP區(qū)是Mg、Zn原子在鋁基體中偏聚而形成的球狀原子偏聚區(qū)（見圖la），與基體保持完全共格，在電鏡照片中為球形。η′相是MgZn2的過渡相，在鋁基體中呈圓盤狀，具有六方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a＝0.5078 nm、c＝1.395 nm，與基體保持半共格，在電鏡照片中看上去為針狀（見圖lb）。η相是MgZn2平衡相，六方結(jié)構(gòu)，與基體非共格，在電鏡照片中呈片狀或塊狀（見圖1c、ld）。在120℃105 h和120℃130 h時效處理的組織中仍可能存在GP區(qū)，因?yàn)闀r效溫度遠(yuǎn)低于GP區(qū)溶解溫度（150℃）。而且7055合金中含有較多的Cu和Zr，會推遲GP區(qū)的溶解。140℃28h時效是峰時效，根據(jù)合金相析出順序，它的組織應(yīng)當(dāng)以GP區(qū)為主。從照片（圖2b）上看存在針狀或片狀粒子，因此，140℃28h時效帶有一定的過時效狀態(tài)。
圖4 140℃28 h回歸處理后顯微組織
RRA處理是三級時效，第一級時效是在第一個峰時效處理，獲得彌散分布的GP區(qū)組織（T6時效）。第二級時效溫度提高到GP區(qū)溶解溫度以上進(jìn)行短時時效，溫度越高，時效時間越短，目的是改善晶界結(jié)構(gòu)，使晶界析出相粗化，其密度降低，獲得較寬的無析出區(qū)，從而提高合金抗應(yīng)力腐蝕性能；在此期間，會有部分較大的GP區(qū)轉(zhuǎn)變成η′相。第三級時效是再在GP區(qū)析出峰時效處理，重新獲得彌散分布的GP區(qū)，進(jìn)一步保持高的強(qiáng)度。因此120℃30 h＋175℃1.5 h十120℃30 h處理的顯微組織應(yīng)該是以GP區(qū)加η′相為主，晶界上是不連續(xù)沉淀的η相和稍寬的無析出區(qū)。與120℃30 h回歸處理的組織相比，140℃28 h回歸處理的組織，基體粒子更粗，間距較大，晶界上粒子較粗，間距也大，顯得有些過時效；它的組織可能主要由η′和η相為主、加上部分GP區(qū)組成。
4 結(jié)束語
高強(qiáng)鋁合金的顯微組織與性能有著密切的關(guān)系，A1-Zn-Mg-Cu合金的性能基本上取決于基體析出相（matrix preciptates，MPt）、晶界析出相（grain boundary preciptates，GBP）和無析出帶寬度（precipitates free zones，PEZ）的特征。因此，研究7055合金的顯微組織，有助于通過熱處理改善合金的性能。
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