7075铝合金实心型材生产工艺的研究.pdf

第５卷第３期２０ｌ１年９月材料研究与应用ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＶ０１．５．ＮＯ．３Ｓｅｐｔ．２０ｉＩ—文章编号：１６７３・９９８１（２０１１）０３０２０９．０４７０７５铝合金实心型材生产工艺的研究’黄志其１２，尹志民１，陈慧２，葛杰２，胡权２，刘志铭２１．中南大学材料学院．湖南长沙４１００８３；２．佛山市三水凤铝铝业有限公司。广东佛山５２８１３３摘要：对一种７０７５铝合金实心型材进行了热模拟试验研究，并对其组织及性能进行了分析测试．结果℃℃表明．在挤压温度３８０～４００．固溶淬火温度４８０、保温时间２．５℃ｈ．以及在１２０及保温时间２４ｈ的时效处理工艺条件下．７０７５铝合金实心型材的抗拉强度、屈服强度及延佯率分别达到６３５ＭＰａ．５７６ＭＰａ和８．５％．关键词：７０７５合金；热模拟；组织与性能；生产工艺中圈分类号：ＴＧｌ４６。２文献标识码：Ａ７０７５合金是美国铝业公司于１９４３年开发的，——其属于ＡＩＺｎ－ＭｇＣｕ系超硬铝合金，它的出现给飞机的结构及性能带来了革命性的变化，同时也为超高强度铝合金的飞速发展奠定了基础【ｌ＿３］．７０７５合金具有较高的强度和良好的加工性能，长期以来在航空工业中被广泛地用作高强度结构零件的材料，是世界各国航空航天工业中不可或缺的重要‘—材料４５１．７０７５合金所具有的独特性能，在民用领域中的应用也越来越广．本文在热模拟试验机上对民用的７０７５铝合金实心型材进行力学性能试验，通过金相及力学性能分析，得出其最佳的生产工艺，生产出了满足客户需求的产品．１试验部分１．１试验材料试验材料为７０７５合金，其组成成分包括主合金元素Ｚｎ，Ｍｇ和Ｃｕ，以及少量杂质元素Ｆｅ和Ｓｉ．由于７０７５合金具有合金化程度较高、固液区间较大及有较大的裂纹倾向性等特性．为了保证合金的力学性能，同时考虑到Ｚｎ含量对裂纹倾向性的影响较小，Ｚｎ含量应控制在５．Ｓ％～５．８％；Ｍｇ含量较高时，可以提高合金在固液区的塑性，有效防止裂纹的产生，Ｍｇ含量应控制在２．６％～２．８％；Ｃｕ含量较低时，有利于降低裂纹的不良影响，Ｃｕ含量应控制在１．３％～１．５％．Ｓｉ对于合金的热裂倾向性影响比较明显，铸锭截面越大，则允许的ｓｉ含量越低，Ｓｉ的含量应控制在０．１５％以下；由于Ｆｅ可与其它元素生成ＡｌＦｅＭｎＳｉ化合物，从而减少了共晶量，缩小了脆性区间，并可减少和消除Ｓｉ及Ｍｎ的不利影响，对于采用热顶铸造法生产的直径２３０ｍｍ的铸锭，可适当提高Ｆｅ含量，以降低裂纹倾向性，Ｆｅ的含量应控制在０．４０％～Ｏ．４５％．７０７５合金的组成成分列于表１．裹Ｉ７０７５合金成分的设计范圈Ｔａｂｌｅ１Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆ７０７５ａｌｌｏｙ——收稿日期：２０１０１００４作者简介：黄志其（１９８３一）．男，湖南湘乡人，博士．万方数据材料研究与应用１２试验方法在Ｇｌｅｔｂｌｅｌ５００型热模拟试验机上对７０７５合金进行高温热塑性试验，为了使拉伸斌样加热均匀，先以１０Ｃ／ｓ速率将试样加热至５０℃Ｃ，再以５／ｓ速率加热至目标温度，保温１ｒａｉｎ后拉断，然后测量拉伸后斌样的断面收缩率及变形抗力随挤压温度而变化的趋势，以确定台金的最佳挤压温度范围．根据实心型材，选取合金的淬火温度分别为４６０．４７０，℃１８０。４９０和５００，保温时间均为２．５ｈ，根据时效后的力学性能结果及金相显微组织，以确定最佳的淬火温度．时效工艺选取通用的处理条件，即温度为１２０ｃ、保温时间为２４ｈ．２结果与讨论２１熔铸生产工艺由于７０７５合金的合金化程度高、液一固相线问距大、凝固成型时过渡带宽及铸造裂纹倾向较大，为防止出现中心裂纹等缺陷，对于直径２３０ｍｉｌｌ的铸“”锭，需采用硅酸棉纸作假铺底，其铸造速率控制在ｊｏ～６０ｒａｍ／ｒａｉｎ，冷却水压为０．０４～０．０６ＭＰａ，在铸造工序后进行回火处理，最后将铸锭进行４６０Ｃ／２４ｈ均匀化退火．图１７０７５舍金铸态及均匀化退火后组织的金相圈（ａ）铸态组织；（ｂ）均匀化堪火组织Ｆｉｇ１Ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆ—ａｓｃａｓｔａｎｄｕｎｉｆｏｒｍｌｙａｎｎｅａｌｅｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆ７０７５ａｌｌｏｙ’（ａ）ａｓｃａｓｔｍｌｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；（ｂ）ｕｎｉｆｏｒｍｌｙａｎｎｅａｌｅｄｍｉｃｒｏｓｔｆｕｃｔｕｒｅ图】为合金铸态及均匀化退火后组织的金相图．从图ｌ（ａ）可见，７０７５合金铸态组织为典型的枝晶状组织，在晶界和枝晶网络间还分布着未溶解的第二相化合物等；从图１（ｂ）可见，经均匀化处理后，非平衡结晶所造成的枝晶偏析显著减少或消除，第二相化合物也明显减少．由于均匀化处理主要是消除成分偏析，其并不能使粗大的第二相及共晶相彻底溶解，因此必须通过后续的变形细化第二相及经固溶处理，以达到减少或消除第二相的目的．２２合金挤压生产工艺通常７０７５合金的挤压温度为３２０～４５０Ｃ，为找到合金的最佳挤压温度，对合金进行了高温热塑性分析．图２为７０７５合金的高温热塑性曲线．要哥好喧，至、世骥型螺围２７０７５合金的高温热塑性曲线Ｆｉｇ２Ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｐｒｏｐｅｒｔｙｃｕｒｖｅｏｆ７０７５ａｌｌｏｙ万方数据筇：卷第３期黄志其．等：７０７５铝台金实心型材生产工艺的研究℃从图２可见：当温度在３５０～５００范围时，合金的面缩率随温度的升高逐步下降，其由４７％下降℃到１０％；当温度在３５０～４００范围时，合金的面缩率及抗拉强度均较好，表明其塑性较好．在实际挤压℃过程中发现，当温度超过４００时，合金边角等部位易出现裂纹．因此，台理的挤压温度应控制在３８０～℃４００，挤压速率为１．２ｍ／ｒａｉｎ．在该工艺条件下，合金的表面质量能达到要求．２３合金固溶处理工艺图３为不同固溶淬火温度下合金的金相组织．从图３可以看出，随着固溶温度的升高，未溶相逐渐减少，但是晶粒有粗化趋势，说明再结晶晶粒已经开始长大粗化．同时从图３（ｄ）和图３（ｅ）可以看出，尽管固溶温度已超过该合金的非平衡共晶点温度４７７℃“］，但组织仍未见过烧．这是由于多相共晶组织中，各相的热稳定性和固溶速率不同所致，当某一相优先固溶后，剩余相的共晶温度将提高．图３不同固溶淬火温度下合金的金相组织Ｆｉｇ３Ｍｅｔａ｜ｌｏｇｒａｐｈｉｃａｎａｌｙｓｉｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｌｉｄｓｏｌｕｔｉｏｎｑｕｅｎｃｈｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ℃℃℃℃℃（ａ）４６０；（ｂ）４７０；（ｃ）４８０；（ｄ）４９０；（ｅ）５００经不同固溶工艺及时效处理后的合金力学性能列于表２．由表２可知，随着固溶温度的升高，合金的抗拉强度及屈服强度均是先升高后降低。其力学性能的变化与图３中合金组织变化的特征相一致．℃在固溶温度为４８０、保温时间为２．５ｈ，时效温度℃为１２０、保温时问为２４ｈ的工艺条件下，合金的抗拉强度、屈服强度及延伸率分别达到６３５ＭＰａ，５７６ＭＰａ和８．５％，该指标满足了客户对合金力学性能的要求．襄２不同圃溶工艺处理下台金的力学性能Ｔａｂｌｅ２Ｍｅｃｈａｎｉｏａ］ｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｔｈｅａｌｌｏｙｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｌｉｄｓｏｌｕｔｉｏｎｔｒｅａｔｍｅｎｔ万方数据２１２材料研究与应用２Ｏ１ｌ３结论（１）７０７５合金的组成成分是：硼（Ｚｎ）为５．５％～５．８％，叫（Ｍｇ）为２．６％＂－－２．８％，ｗ（Ｃｕ）为１．３％～１．５％，ｗ（Ｓｉ）为０．１５％，ｗ（Ｆｅ）为０．４０％ｔ０．４５％．该合金的各成分含量在保证合金力学性能的同时，也使合金的裂纹倾向性降低．（２）在最佳工艺条件下，即挤压温度３８０～４００℃℃，固溶淬火温度４８０、保温时间２．５ｈ，以及经℃１２０及保温时间２４ｈ的时效处理，７０７５合金的抗拉强度、屈服强度及延伸率分别达到６３５ＭＰａ，５７６ＭＰａ和８．５％．（３）经热挤压变形后再进行固溶淬火处理，合金的过烧温度较非平衡共晶温度有一定的提高．参考文献：Ｅ１３李杰．尹志民．王涛．等．固溶一单级时效处理对７０５５铝合金力学和电学性能的影响［Ｊ］．轻合金加工技术．２００４。３２（１）：３９－４３．１－２３林高用，彭大署．魏圣明．等．强化固溶处理对７０７５铝合—金组织的影响［Ｊ］．金属热处理。２００２。２７（１１）：３０３３．［３］刘万辉．鲍爱莲．热压缩７０７５铝合金流变应力特征［Ｊ］．—热加工工艺．２００６．３５（８）：２８３０．［４］刘红卫．陈康华．刘允中．强化固溶对７０７５铝合金组织与性能的影响［Ｊ］．金属热处理．２０００（９）：１６－１７．Ｅｓ］刘继华．李荻。刘培英．时效和回归处理对７０７５铝合金力学及腐蚀性能的影响［ｊ］．材料热处理学报．２００２。２３（１）：５０－５３．［６］陈康华．刘允中．刘红卫．７０７５和２０２４铝合金的固溶组织与力学性能［Ｊ］．中国有色金属学报．２０００．１０（６）：—８１９８２２．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆ７０７５ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｓｏｌｉｄｐｒｏｆｉｌｅＨＵＡＮＧ”Ｚｈｉｑｉｌ．ＹＩＮＺｈｉｍｉｎｌ。ＣＨＥＮＨｕｉ２．ＧＥＪｉｅ。，ＨＵＱｕａ铲．ＬＩＵＺｈｉｍｉｎｇｚ１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８３．Ｃｈｉｎａ；２．Ｓａｎｓｈｕｉ—ＦｅｎｇｌｕＡｌｕｍｉｎｕｍＣｏ．ＬＴＤ．Ｆ０ｓｈａｎ５２８１３３．ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｏｌｉｄｐｒｏｆｉｌｅｏｆ７０７５ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｈｅａｔ－ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔ，ａｎｄａｌｓｏｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｔｈｅｐｒｏｆｉｌｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｙｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｅｌｏｎｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｏｌｉｄｐｒｏｆｉｌｅ７０７５ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｃａｎｇｅｔｔｏ６３５ＭＰａ，５７６ＭＰａａｎｄ８．５％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ。ｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｅｘｔｒｕｓｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ—℃３８０４００。ｓｏｌｉｄｓｏｌｕｔｉｏｎａｔ℃４８０ｆｏｒ２．５ｈｏｕｒｓ。ａｎｄａｇｉｎｇａｔ℃１２０ｆｏｒ２４ｈｏｕｒｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：７０７５—ａｌｌｏｙ；ｈｅａｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｐｒｏｃｅｓｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ万方数据