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1、微区熔凝成形7000系铝合金的组织与性能研究沈启朝，焦敬业，程爱超，郭任飞，周铁涛(北京航空航犬大学材料科学与工程学院，北京100191)W.材料先进制备加工技术摘要：针对传统铸造7000系铝合金铸锭成分和组织偏析严重、品粒粗大等缺陷，开发了适用于高合金化7000系铝合金的微区熔凝工艺。制备出长宽高约为200mmx8mm><4mm的7075铝合金微区熔凝块状试样，并研究其初始状态及均匀化处理、冷变形、T6热处理对微区熔凝成形7075铝合金块状试样组织与力学性能的影响规律。结果表明，单道多层交流等离子微区熔凝试样层
2、间无氧化膜夹杂,组织均匀，无明显宏观偏析；品粒主耍为等轴品，粒度均匀，平均直径为20屮"左右，较传统7075铝合金铸锭品粒尺寸大幅减小；经470°Cx48h均匀化处理后，合金中的非平衡网状共晶体大部分回溶；经60%形变冷轧后试样内部气孔弥合,熔凝试样达到全致密；经T6热处理(480°Cx2h+120°Cxl5h)后，熔凝试样的显微硬度为HV183.5U关键词：7000系铝合金；微区熔凝；组织；性能1•前言7000系(Al-Zn-Mg-Cu系)铝合金是20世纪30年代在Al-Zn-Mg系合金的基础上逐渐发展起来的一
3、类高强铝合金。由于具有密度较低、比强度较高，焊接性、热加工性能及韧性优良等优势，因而广泛应用于各种飞机机身、机翼梁、机舱壁板和火箭高强度结构件的制造，是世界各国航空航天工业中不可缺少的重耍材料[l-3]o然而7000系铝合金结晶温度范围宽，合金元素含量高、比重并界大，加之传统的铸锭冶金工艺冷却速率较低，因此传统铸造方法生产的7000系铝合金铸锭晶粒粗大,宏观偏析严重，对7000系铝合金性能造成了极大的不利影响。为此，制备细晶或超细晶7000系铝合金，改善合金偏析一宜是材料科学家们努力的重要方向。等离子堆焊是利用焊
4、炬的餌极和基体Z间产生的等离子体作为热量，然后将热量转移至被焊接的工件表面，并向该热能区域送入焊接粉末,使其熔化后沉积在被焊接工件表面，从而实现零件表面的强化与硬化的堆焊工艺[4]0然而，近年来等离子堆焊不仅限于材料的表面改性上，通过等离子堆焊技术制备合金材料逐渐成为材料加工领域研究的热点。由于等离子堆焊过程中保护气、空气及基板对粉末熔池具冇快速冷却作用，因此微区熔凝工艺可显著细化合金晶粒、抑制偏析。此外，由于合金熔体的凝固是在微小的熔池内进行的，故文中将等离子堆焊技术成形合金材料的工艺成为微区熔凝成形。然而，利
5、用这种工艺制备7000系铝合金在国内外鲜有公开报道。本文利用微区熔凝工艺制备了块状7075高强铝合金微区熔凝试样，研究了其初始状态及均匀化处理、冷变形、T6热处理对微区熔凝成形7075高强铝合金块状试样组织与力学性能的影响规律，这将对微区熔凝工艺制备高强铝合金块状材料走向工业应用提供有益的指导。2.试验方法本次微区熔凝工艺成形7075高强铝合金试验是在课题组自主开发的PTA-500粉末等离子堆焊机上进行的，其工作原理如图所示。堆焊机以焊枪的钩极作为电流的负极、基板作为电流的正极，或在两极上通交流电，利用两极之间产
6、生的等离子体作为热量将合金粉末熔化并沉积在基板上。图1.微区熔凝成形原理示意图试验所用合金粉末为-50+150目商用7075铝合金粉末，其显微形貌如图2所示，实测粉末平均粒径为D50=85pn；基板为相同牌号温轧板，合金粉末及基板化学成分如表1所示。试验中所用引弧气、保护气以及送粉气均为99.999%高纯氮气。微区熔凝为单道多层熔凝，熔凝的主要工艺参数为：焊枪堆焊电流1=80A,扫描速度v=200mm/min,送粉率为J=10g/min,离子气流量qi=0.3L/min,送粉气流量分别为q2=0.4L/min,保
7、护气流量为q3=3L/min,喷嘴与基板间的工作距离为h=3mmo图2合金粉末显微形貌Fig.2Morphologyofthealloypowder表1.合金粉末及基板成分(％,质量分数)Tabic1.Compositionofalloypowderandbasemctal(%,mass)ZnMgCuCrMnAlPowder5.62.31.80.20.2Bal.Basemetal5.72.21.90.20.3Bal.利用线切割机床将沉积试样从基板上切下，在电阻炉屮进行470°Cx48h均匀化处理，然后进行三道次冷
8、轧，轧制总变形量约为60%,将冷轧后的试样进行T6热处理(480°Cx2h+120°Cxl5h)o将试样打磨抛光后用Keller试剂(1%HF+1.5%HC1+2.5%HNO3+95%water)腐蚀8〜10S,经人量清水冲洗后再用酒精擦拭，利用DM-4000金相显微镜观察并拍照。试样的硬度是在FVM-800显微硬度计上测定的，实验载荷4.9N,载荷保持时间10S,每个试
