7075合金擠壓棒材時效工藝制度研究

王成江　王樹根

【摘要】7075合金是超強(qiáng)度硬鋁，被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼等結(jié)構(gòu)件。本文所研究的7075鋁合金擠壓棒材是作為制造槳葉鍛件的毛坯料。根據(jù)某飛機(jī)制造公司要求，作為毛坯的擠壓棒材的力學(xué)性能試樣需經(jīng)T73狀態(tài)熱處理（適用于固溶熱處理后，經(jīng)過時效已達(dá)到規(guī)定的力學(xué)性能和抗應(yīng)力腐蝕指標(biāo)的產(chǎn)品）后進(jìn)行檢驗，力學(xué)性能指標(biāo)引用航空航天用鋁合金鍛件標(biāo)準(zhǔn)。本文通過對7075合金擠壓棒材擠壓制度、熱處理工藝、抗應(yīng)力腐蝕試驗，確定最優(yōu)的時效工藝制度。

【關(guān)鍵詞】7075合金；擠壓棒材；雙級時效

1、試驗方案

根據(jù)多年的生產(chǎn)實踐結(jié)合最新的鋁合金工藝，制定實驗方案。7075合金主要用于制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)和其他要求強(qiáng)度高、抗腐蝕性能強(qiáng)的高應(yīng)力結(jié)構(gòu)件。經(jīng)過60余年的發(fā)展，7075合金在保持主要合金略有變動的情況下，在向著高純化（大幅度降低雜質(zhì)Si、Fe、Mn、Ti的含量）的方向發(fā)展。以提高合金的塑性、韌性和強(qiáng)度等。本次試驗的7075合金化學(xué)成分按照GB/T3190變形鋁及鋁合金化學(xué)成分執(zhí)行。鑄錠采用采用均火處理鑄錠進(jìn)行擠壓。

1.1工藝路線

熔煉鑄造（過濾）→均火→車皮→鑄錠加熱→擠壓→切頭尾→取樣→試樣熱處理→力學(xué)性能試驗（含抗應(yīng)力腐蝕試驗）。

1.2化學(xué)成分

化學(xué)成分執(zhí)行GB/T3190變形鋁及鋁合金化學(xué)成分，7075合金化學(xué)成分含量如下。

Si≤0.25%，F(xiàn)e≤0.45%，Cu含量1.3～1.8%，Mn≤0.25%，Mg含量2.3～2.8%，Cr0.19～0.25%，Zn含量5.2～6.0%，Ti≤0.10%，Zr微量，Ni微量，余量為Al。

7075合金為Al—Zn—Mg—Cu系合金，在其中加入的鎂，可形成強(qiáng)化效果顯著的MgZn2，是該合金的熱處理效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋁—鋅二元合金。

1.3鑄錠冶金質(zhì)量要求

按Ⅰ類鍛件A級氧化膜標(biāo)準(zhǔn)提料。

1.4鑄錠均火制度選擇

7075合金均勻化退火主要的組織變化是枝間偏析消除、非平衡相溶解和過飽和的過度元素相沉淀，溶質(zhì)的濃度逐漸均勻化。在均勻化退火過程中，不溶的過剩相也會聚集、球化。從而達(dá)到消除鑄錠參與應(yīng)力，改善鑄錠的加工性能的目的。

7075合金均火制度為各區(qū)溫度465℃，金屬溫度455～470℃，保溫時間24h。

1.5擠壓溫度選擇

鍛坯毛料要求使用φ160mm的棒材，采用5000t擠壓機(jī)擠壓，鑄錠為φ405×1000mm，擠壓系數(shù)為6.9，殘料為25mm。

擠壓鑄棒加熱溫度為，445～465℃，儀表定溫465℃。

1.6試樣熱處理工藝選擇

淬火：淬火制度按GJB 1694變形鋁合金熱處理規(guī)范執(zhí)行，選擇470±3℃，試樣保溫60分鐘，淬火水溫為室溫。

時效：用正交試驗法，選取四因素三水平進(jìn)行時效制度試驗。雙級時效工藝試驗方案見表1。

1.7抗應(yīng)力腐蝕試驗按GJB2351 航空航天用鋁合金鍛件規(guī)范 C環(huán)形試樣恒應(yīng)變應(yīng)力腐蝕試驗方法按GJB2351中附錄A執(zhí)行（每一試驗方案均做抗應(yīng)力腐蝕試驗）。

1.8驗收標(biāo)準(zhǔn)：σb≥450Mpa，σ0.2≥380Mpa，δ≥7%。

2、試驗結(jié)果與分析

2.1按照表4方案進(jìn)行試驗，試驗結(jié)果見表2.

2.2試驗結(jié)果分析

雙級時效的一級時效是Al-Zn-Mg-Cu合金的第二項MgZn2從過飽和固溶體中沉淀的過程，以新相形核和長大的方式完成轉(zhuǎn)變，這時第二相組織先形成G.P.區(qū)，G.P.通常均勻形核，當(dāng)其達(dá)到一定尺寸，成為隨后時效沉淀的核心，二級時效是G.P.區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)檫^渡相，最后形成穩(wěn)定源MgZn2的過程，隨著時效溫度的提高以及時效時間的延長，合金從峰值時效轉(zhuǎn)變?yōu)檫^時效，此時可顯著提高7075合金的抗應(yīng)力腐蝕能力。

從試驗結(jié)果看，每種試驗方案都可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但從綜合指標(biāo)看，第4方案最佳，時效制度為：一級時效125±5℃，保溫5小時，二級時效165±5℃，保溫10小時，通過用此時效制度多次試驗，最終將時效制度調(diào)整為一級125±5℃，保溫6.5小時，二級175±5℃，保溫8小時。

3、結(jié)論

提料：按Ⅰ類鍛件A級氧化膜標(biāo)準(zhǔn)提料，鑄錠為φ405×1000mm

擠壓工藝：擠壓溫度430～450℃，儀表定溫450℃。

淬火工藝：淬火溫度465±3℃，試樣保溫60分鐘，水淬。

時效工藝：一級時效125±5℃，保溫5小時，二級時效165±5℃，保溫10小時。

參考文獻(xiàn)

[1]王祝堂編著.《變形鋁合金熱處理工藝》中南大學(xué)出版社

[2]張宏偉，呂新宇，武紅林編著.《鋁合金鍛造生產(chǎn)》中南大學(xué)出版社

[3]《輕金屬材料加工手冊》《輕金屬材料加工手冊》編寫組 編 冶金工業(yè)出版社