7050铝合金铸锭均匀化热处理

滕广标

【摘 要】试验研究了7050铝合金铸态及不同温度-时间均匀化处理后的组织演变.研究结果表明:铸态组织中存在严重枝晶偏析,400℃均匀化处理过程中,非平衡凝固共晶相向合金基体持续溶解,在465℃均匀化时,平衡η(MgZn2)相、T (AlZnMgCu)相等大部分共晶相回溶到基体中,晶界明显细化,均匀化效果显著.确定了7050铝合金铸锭最佳均匀化工艺制度为465℃保温24h. 【期刊名称】《轻合金加工技术》 【年(卷),期】2019(047)008 【总页数】5页(P21-25)

【关键词】7050铝合金;铸锭;均匀化处理;显微组织 【作 者】滕广标

【作者单位】广东坚美铝型材厂(集团)有限公司,广东佛山528222 【正文语种】中 文

【中图分类】TG146.21;TG166.3

7050铝合金具有低密度、高强度、良好的韧性及抗应力腐蚀性能好等优点,是航空航天领域重要的结构材料之一[1-2]。η(MgZn2)相作为其中的主要强化相，在时效过程中析出[3]。然而，由于该合金的合金化程度高，合金元素往往处于过饱和状态，在铸造过程中，由于冷却速度较快，合金元素快速在晶界处富集，产生枝晶

偏析及区域偏析，并且在铸锭内部形成很强的内应力，降低合金塑性，恶化材料的使用性能[4-7]。因此铸锭加工之前必须经过均匀化热处理，消除不均匀铸锭组织成分及非平衡凝固状态下的残余应力，减少铸锭开裂现象，改善材料的性能。对于不同牌号的铝合金,前人做了相关的研究工作[8-17]。由于合金元素含量比例不同，均匀化过程中的显微组织演变也有所不同。

本课题研究了均匀化温度、时间等因素对7050铝合金铸锭均匀化效果的影响，分析了均匀化前后相的转变过程，以便于精确制定7050铝合金铸锭的均匀化热处理工艺制度。 1 试验材料及方法

试验用7050铝合金铸锭成分见表1。使用线切割方法切割成尺寸为20 mm×10 mm×5 mm试样。均匀化处理在箱式加热电阻炉中进行，将铸态样品在 400℃、440℃、450℃、460℃、465℃、470℃和 475℃、485℃、490℃分别保温2 h、12 h、18 h、24 h、36 h、48 h后水淬。DSC分析在STA8000热分析仪进行,利用 Leica DM RXP大型金相显微镜、S-4800型场发射扫描电子显微镜进行显微组织观察,采用 X′Pert PRO X射线衍射仪确定物相。

表1 7050铝合金铸锭主要成分(质量分数/%) Table 1 Main composition of 7050 aluminum alloy

ingot(wt/%)MgZnCuZrCrFeSiAl2.36.02.20.10.04<0.15<0.15余量 2 试验结果 2.1 铸态组织分析

图1给出7050铝合金铸态OM及线扫描照片。合金铸态组织存在明显的枝晶偏析,表现为粗大的非平衡共晶组织。对铸态试样的线扫描分析可知，Cu元素富集在晶界处，Mg、Zn同样存在不同程度的偏析。

图1 7050铝合金铸态组织Fig.1 As-cast microstructure of 7050 aluminum

alloy

图2给出铸态7050铝合金DSC曲线。从图2可以看出，该曲线显示有两个吸热峰，分别为474.19℃和632.63℃。其中第一个峰为低熔点共晶相溶解温度，第二个峰为铝合金熔化温度。因此，单级均匀化温度不宜超过474.19℃，以免发生过烧。

2.2 均匀化温度对铸锭显微组织的影响

图3给出7050铝合金铸锭在不同温度下均匀化处理24 h后的显微组织。从图3可见，在400℃～460℃保温时，晶界偏析明显得到改善，而在465℃保温时，晶界偏析基本消除，晶界断续、稀疏，均匀化效果显著。当温度升高至475℃乃至更高时，晶界粗化，出现三角晶界和晶界复熔，产生过烧组织[18]。

图2 铸态7050铝合金DSC曲线Fig.2 DSC curve of as-cast 7050 aluminum alloy

图3 不同温度下均匀化处理24 h的显微组织Fig.3 Microstructures of the samples homogenized at different temperatures and held for 24 h 图4给出7050铝合金铸态及不同温度下24 h均匀化后样品的DSC曲线。相对铸态合金,经400℃24 h均匀化后低熔点熔化峰变小,出现490℃高熔点熔化峰；温度高于440℃时,低熔点熔化峰消失,只有490℃峰存在；当均匀化温度升高到465℃,高熔点熔化峰消失。继续升高温度,没有明显的吸热峰出现。474.19℃峰为η共晶相熔化峰,而490℃的峰对应S相熔化峰[19]。

图4 各温度均匀化保温24 h试样的DSC曲线Fig.4 DSC curves of the samples homogenized at different temperatures and held for 24 h

图5给出7050铝合金铸态样品及在不同温度下经24 h均匀化后的XRD结果。铸态组织中含有η(MgZn2)相；400℃～465℃保温时,MgZn2衍射峰逐渐变小直至消失；经过465℃24 h处理后，η相已经基本回溶于基体中。本试验中,在400℃

保温24 h有高熔点吸热峰S相熔化峰生成,440℃保温24 h,低熔点熔化峰消失;465℃保温24 h,高熔点熔化峰消失。但由于含量少，在XRD图谱中没有发现明显的S相衍射峰。

图5 各温度下保温24 h试样的XRD分析Fig.5 XRD analysis of the samples held at different temperatures for 24 h 2.3 保温时间对铸锭显微组织的影响

图6为7050铝合金试样在465℃均匀化处理不同时间后的显微组织。从图6可以看出,均匀化2 h～24 h，晶内偏析逐渐消除，低熔点共晶相于24 h时基本完全溶解于基体中，再延长保温时间，组织并没有太大的变化。这是因为当溶质原子分布较均匀时,延长保温时间对元素分布影响较小。综上所述，通过延长保温时间,枝晶网状结构的体积分数逐渐减少,残留相变得细小稀疏。

图6 在465℃均匀化保温不同时间试样的显微组织Fig.6 Microstructures of the samples homogenized at 465℃ and held for different time

图7给出7050铝合金铸态及在465℃均匀化保温不同时间后样品的DSC曲线。当在465℃保温12 h后,低熔点熔化峰减小,保温24 h时,熔化峰基本消失,继续保温48 h时,同样没有太大变化。综上所述,随着保温时间的延长,低熔点熔化峰逐渐消除,在保温24 h后,低熔点熔化峰基本消失。

图8给出7050铝合金铸态及在465℃温度经不同时间均匀化试样的物相分析结果。当在465℃保温2 h～24 h处理后，随着时间的延长,η相逐渐回溶到基体中,保温24 h后，衍射峰基本消失；继续延长保温时间,未发现明显的衍射峰的存在,表明继续延长时间意义不是很大。

图7 465℃均匀化保温不同时间的试样的DSC分析Fig.7 DSC curves of the samples homogenized at 465℃ and held for different time

图8 465℃均匀化保温不同时间试样的XRD分析Fig.8 XRD analysis of the

samples homogenized at 465℃ and held for different time

图9为试样经465℃24 h均匀化处理后的线扫描图片。经465℃24 h均匀化处理后,元素分布基本上均匀，但Cu元素仍存在偏析。主要原因是由于Cu易在Al7Cu2Fe相界面富集，而其作为7050铝合金中的杂质相并不能通过均匀化热处理的方式消除，因此均匀化处理后仍存在Cu偏析。

图9 465℃24 h均匀化处理试样的线扫描Fig.9 Line scan of the samples homogenized at 465℃ and held for 24 h 3 结 论

1)7050铝合金铸态组织中存在枝晶偏析,其低熔点相熔化温度为474.15℃。 2)铸态组织中Cu元素富集在晶界，在均匀化过程不能使其完全消除。

3)7050铝合金铸锭经465℃24 h均匀化处理,低熔点共晶相溶解,晶界明显净化。 4)确定7050铝合金铸锭最佳均匀化工艺制度为465℃保温24 h。

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