Al-4.3Zn-1.4Mg合金厚板的固溶处理制度研究

　　Al-Zn-Mg系合金具有中等强度、良好的焊接性能，Al-Zn-Mg合金板材已经广泛应用于制造高速列车的结构件[1]。我国对该合金进行了一些研究，但多是仿制，没有形成能满足各种高速列车制造要求的完整合金体系，在Al-Zn-Mg系合金的成分优化、冶金质量控制、材料加工和热处理等方面还缺少系统研究，还有许多关键的技术问题未得到解决。固溶处理是可热处理强化铝合金热处理工艺的第一步，它将影响晶粒的尺寸和形态、过剩相的数量、强化元素的固溶程度，从而影响合金的强度、韧性等。为了能得到最大数量的强化相溶入基体，又不引起过烧现象及晶粒长大，选择合适的固溶温度和时间是必要的[2]。为此，本试验研究了40mm厚的Al-4.3Zn-1.4Mg合金板材在不同固溶制度下合金的力学性能和显微组织，以期为Al-4.3Zn-1.4Mg合金厚板处理工艺的进一步优化提供依据。

　　1 试验材料及过程

　　试验用的Al-4.3Zn-1.4Mg合金的化学成分见表1。

　　铸锭规格为300mm×1000mm×1320mm，对铸锭进行470℃保温24h的均匀化处理。均匀化处理后的铸锭进行刨边、铣面、锯切。而后，热轧成厚度为40mm的板材。固溶处理制度研究采用固溶温度为440℃～520℃，炉温达到 300℃时装炉，固溶保温时间为0min～60min，水淬。时效制度采用时效温度为120℃，保温时间为24h的单级时效。

　　对40mm厚的热轧板进行DSC分析。经相应热处理后的试样在CMT5105型电子万能拉伸实验机上进行拉伸试验，夹头移动速率为6mm/min，引伸仪的标距为25mm，每个试验状态取3～4根拉伸样品的平均值。电导率测定所用仪器为Fischer公司生产的Sigmascope SMP10型电导仪。用蔡司显微镜进行金相组织观察。

　　2 试验结果与分析

　　2.1 固溶温度对合金板材力学性能和组织的影响

　　图1为试验合金40mm厚热轧板材的DSC分析结果。

　　由图1可见，该合金热轧板在479℃开始出现吸热熔化峰。

　　将40mm厚该合金试样板分别在440℃～520℃温度范围内加热，淬火保温时间为60min，自然时效48h，进行力学性能试验，结果见图2。

　　从图2中可以看出，在淬火温度440℃～470℃范围内，试验合金板材的强度、伸长率随着淬火温度的提高而升高，在470℃～520℃范围内，试验合金板材的强度、伸长率随着淬火温度的提高有下降趋势，但变化不明显。图3为淬火温度为470℃时板材的金相组织。

　　分析认为，淬火温度低于470℃时，随淬火温度升高强化相固溶充分，淬火后溶质的过饱和度提高，自然时效后强度升高。当温度高于470℃，过饱和固溶体已经充分固溶，强度无明显变化。观察淬火温度470℃试验板材的显微组织，强化相固溶充分，残留相少，晶界清晰完整，晶粒均匀细小。在470℃～520℃ 的淬火温度范围内，试验合金板材的抗拉强度、屈服强度、伸长率均达到了试制要求的指标。但根据DSC曲线分析(见图1)，在479℃合金发生过烧，因此根据7×××系合金的特点及便于生产的实施，综合考虑后淬火温度选择470℃±2℃。