高質(zhì)量7005鋁合金泵體型材擠壓和時(shí)效工藝的研究

程仁寨，程雪婷，張涵源，鄭卓陽

（1.山東南山鋁材公司，龍口265706；2.山東南山學(xué)院，龍口265706）

0 前言

7005 鋁合金屬于Al-Zn-Mg 系中高強(qiáng)度的鋁合金，具有良好的機(jī)械性能、抗腐蝕性和焊接性，被廣泛應(yīng)用于高速列車和航空航天等行業(yè)[1-3]。近年來開發(fā)的7005鋁合金泵體專用型材可以用來制造高、中壓泵體，在液壓設(shè)備、升降機(jī)等行業(yè)受到關(guān)注[4，5]。

由于7005鋁合金泵體型材采用分流擠壓模進(jìn)行擠壓，在加工成泵體后有漏油現(xiàn)象。因此，針對(duì)這一問題，本公司通過增大擠壓比、升高擠壓溫度和降低擠壓速度等方法和路徑，提高泵體焊合質(zhì)量，最終解決了漏油問題。同時(shí)為了更好地滿足客戶對(duì)性能的要求，本文對(duì)7005鋁合金泵體型材的時(shí)效工藝進(jìn)行了研究，以獲得該合金的最佳力學(xué)性能。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)采用7005鋁合金，其化學(xué)成分見表1。

表1 7005鋁合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

1.2 試驗(yàn)方法

調(diào)整前7005 鋁合金泵體的生產(chǎn)在55 MN 正向單動(dòng)擠壓機(jī)上進(jìn)行，擠壓比為13.52；而調(diào)整后該泵體在82 MN 擠壓機(jī)上生產(chǎn)，擠壓比為19.17。調(diào)整前、后的工藝對(duì)比見表2。

表2 調(diào)整前與調(diào)整后工藝參數(shù)對(duì)照表

雙級(jí)時(shí)效工藝為：預(yù)時(shí)效105 ℃×10 h；第二級(jí)時(shí)效選用155 ℃，分別保溫6 h、8 h、10 h 和12 h。

1.3 技術(shù)要求

客戶對(duì)7005鋁合金泵體型材性能要求見表3。

表3 力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)

泵體時(shí)效后用Z100 萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 7005鋁合金泵體型材組織的研究

工藝調(diào)整后生產(chǎn)出的7005 鋁合金泵體型材的低倍組織如圖1所示。從圖中看到焊合區(qū)并沒有出現(xiàn)連續(xù)或斷續(xù)的黑色縫隙，說明泵體沒有出現(xiàn)焊接不良現(xiàn)象。圖2是泵體型材焊合區(qū)高倍組織。由圖可知，焊合區(qū)晶粒分布均勻致密，并沒有產(chǎn)生縮松、縮孔和微裂紋等缺陷。通過壓縮實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)并沒有從泵體焊合區(qū)域斷裂，壓縮后試樣見圖3。

通過對(duì)7005 鋁合金泵體型材組織的研究，可以發(fā)現(xiàn)降低擠壓速度、適當(dāng)升高擠壓溫度和增加擠壓比有利于金屬擴(kuò)散結(jié)合，提高泵體焊合質(zhì)量，解決了7005 鋁合金泵體在使用過程中存在的漏油問題。

圖1 7005鋁合金泵體型材的低倍組織

圖2 7005鋁合金泵體型材焊合區(qū)的高倍組織

圖3 壓縮后7005鋁合金泵體型材

2.2 力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

圖4是第二級(jí)時(shí)效時(shí)間對(duì)7005鋁合金泵體型材力學(xué)性能的影響。由圖可知，隨著第二級(jí)時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，泵體型材的強(qiáng)度先上升后下降，而延伸率先下降后上升。當(dāng)?shù)诙?jí)時(shí)效保溫時(shí)間為6 h 時(shí)，泵體型材的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度分別達(dá)到345 MPa和310 MPa，而延伸率為17%；延長(zhǎng)保溫時(shí)間至8 h時(shí)，泵體型材的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度都開始上升，分別為387MPa、345 MPa，而延伸率降至15.5%；繼續(xù)延長(zhǎng)保溫時(shí)間至10 h，泵體型材的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度降至363 MPa 和317 MPa，而延伸率為16.5%；延長(zhǎng)保溫時(shí)間至12 h，泵體型材的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度降至348 MPa 和300 MPa，而延伸率為17%。

圖4 第二級(jí)時(shí)效時(shí)間對(duì)7005鋁合金泵體型材力學(xué)性能的影響

預(yù)時(shí)效105 ℃保溫10 h時(shí)，過飽和固溶體發(fā)生分解，原子開始偏聚析出了大量的GP 區(qū)。第二級(jí)時(shí)效溫度選用的是155 ℃，由于超過了GP 區(qū)的回溶溫度（根據(jù)王正安等人的研究[4]，7005 合金GP區(qū)回溶溫度為150 ℃），在時(shí)效過程中會(huì)直接析出η'過渡相（MgZn2），且晶界和粗大析出物附近的無沉淀帶較寬[5]。由于過渡相仍與基體共格，引起晶格畸變，導(dǎo)致強(qiáng)度增加；而晶界處較寬的無沉淀析出帶弱化了晶界強(qiáng)度，使晶界處的位錯(cuò)塞積更有利于微裂紋的形成，最終導(dǎo)致了延伸率的下降[6]。隨著時(shí)效時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng)，η平衡相開始析出，其與基體不存在共格，強(qiáng)度開始降低，而延伸率開始升高。

對(duì)于7005 鋁合金泵體型材，客戶對(duì)抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的要求較高（抗拉強(qiáng)度≥350 MPa，屈服強(qiáng)度≥290 MPa），但延伸率反而要求盡可能低（≤16.0%），因此采用處于峰時(shí)效的105 ℃時(shí)效10 h后，再于155 ℃下時(shí)效8 h 的雙級(jí)時(shí)效工藝是最佳工藝制度，能達(dá)到客戶技術(shù)要求。

3 結(jié)論

降低擠壓速度、適當(dāng)升高擠壓溫度和增加擠壓比可以提高泵體焊合質(zhì)量，解決7005 鋁合金泵體型材在使用過程中的漏油問題。105 ℃時(shí)效10 h后，再于155 ℃時(shí)效8 h 后泵體型材的抗拉強(qiáng)度達(dá)到387 MPa，屈服強(qiáng)度345 MPa，延伸率達(dá)到15.5%，這種時(shí)效工藝是最佳的工藝制度，能滿足客戶技術(shù)要求。