7075合金挤压棒材时效工艺制度研究

王成江　王树根

【摘要】7075合金是超强度硬铝，被广泛应用于飞机机身、机翼等结构件。本文所研究的7075铝合金挤压棒材是作为制造桨叶锻件的毛坯料。根据某飞机制造公司要求，作为毛坯的挤压棒材的力学性能试样需经T73状态热处理（适用于固溶热处理后，经过时效已达到规定的力学性能和抗应力腐蚀指标的产品）后进行检验，力学性能指标引用航空航天用铝合金锻件标准。本文通过对7075合金挤压棒材挤压制度、热处理工艺、抗应力腐蚀试验，确定最优的时效工艺制度。

【关键词】7075合金；挤压棒材；双级时效

1、试验方案

根据多年的生产实践结合最新的铝合金工艺，制定实验方案。7075合金主要用于制造飞机结构和其他要求强度高、抗腐蚀性能强的高应力结构件。经过60余年的发展，7075合金在保持主要合金略有变动的情况下，在向着高纯化（大幅度降低杂质Si、Fe、Mn、Ti的含量）的方向发展。以提高合金的塑性、韧性和强度等。本次试验的7075合金化学成分按照GB/T3190变形铝及铝合金化学成分执行。铸锭采用采用均火处理铸锭进行挤压。

1.1工艺路线

熔炼铸造（过滤）→均火→车皮→铸锭加热→挤压→切头尾→取样→试样热处理→力学性能试验（含抗应力腐蚀试验）。

1.2化学成分

化学成分执行GB/T3190变形铝及铝合金化学成分，7075合金化学成分含量如下。

Si≤0.25%，Fe≤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，余量为Al。

7075合金为Al—Zn—Mg—Cu系合金，在其中加入的镁，可形成强化效果显著的MgZn2，是该合金的热处理效果远远大于铝—锌二元合金。

1.3铸锭冶金质量要求

按Ⅰ类锻件A级氧化膜标准提料。

1.4铸锭均火制度选择

7075合金均匀化退火主要的组织变化是枝间偏析消除、非平衡相溶解和过饱和的过度元素相沉淀，溶质的浓度逐渐均匀化。在均匀化退火过程中，不溶的过剩相也会聚集、球化。从而达到消除铸锭参与应力，改善铸锭的加工性能的目的。

7075合金均火制度为各区温度465℃，金属温度455～470℃，保溫时间24h。

1.5挤压温度选择

锻坯毛料要求使用φ160mm的棒材，采用5000t挤压机挤压，铸锭为φ405×1000mm，挤压系数为6.9，残料为25mm。

挤压铸棒加热温度为，445～465℃，仪表定温465℃。

1.6试样热处理工艺选择

淬火：淬火制度按GJB 1694变形铝合金热处理规范执行，选择470±3℃，试样保温60分钟，淬火水温为室温。

时效：用正交试验法，选取四因素三水平进行时效制度试验。双级时效工艺试验方案见表1。

1.7抗应力腐蚀试验按GJB2351 航空航天用铝合金锻件规范 C环形试样恒应变应力腐蚀试验方法按GJB2351中附录A执行（每一试验方案均做抗应力腐蚀试验）。

1.8验收标准：σb≥450Mpa，σ0.2≥380Mpa，δ≥7%。

2、试验结果与分析

2.1按照表4方案进行试验，试验结果见表2.

2.2试验结果分析

双级时效的一级时效是Al-Zn-Mg-Cu合金的第二项MgZn2从过饱和固溶体中沉淀的过程，以新相形核和长大的方式完成转变，这时第二相组织先形成G.P.区，G.P.通常均匀形核，当其达到一定尺寸，成为随后时效沉淀的核心，二级时效是G.P.区转变为过渡相，最后形成稳定源MgZn2的过程，随着时效温度的提高以及时效时间的延长，合金从峰值时效转变为过时效，此时可显著提高7075合金的抗应力腐蚀能力。

从试验结果看，每种试验方案都可满足标准要求，但从综合指标看，第4方案最佳，时效制度为：一级时效125±5℃，保温5小时，二级时效165±5℃，保温10小时，通过用此时效制度多次试验，最终将时效制度调整为一级125±5℃，保温6.5小时，二级175±5℃，保温8小时。

3、结论

提料：按Ⅰ类锻件A级氧化膜标准提料，铸锭为φ405×1000mm

挤压工艺：挤压温度430～450℃，仪表定温450℃。

淬火工艺：淬火温度465±3℃，试样保温60分钟，水淬。

时效工艺：一级时效125±5℃，保温5小时，二级时效165±5℃，保温10小时。

参考文献

[1]王祝堂编著.《变形铝合金热处理工艺》中南大学出版社

[2]张宏伟，吕新宇，武红林编著.《铝合金锻造生产》中南大学出版社

[3]《轻金属材料加工手册》《轻金属材料加工手册》编写组 编 冶金工业出版社