蔣俊如

（浙江省鯨魚(yú)機(jī)電有限公司，浙江 湖州 313000）

等溫?cái)D壓工藝剔除7N01合金粗晶的試驗(yàn)研究

蔣俊如

（浙江省鯨魚(yú)機(jī)電有限公司，浙江 湖州 313000）

通過(guò)對(duì)7N01合金在不同擠壓溫度下顯微結(jié)構(gòu)的分析，揭示了7N01合金熱擠壓時(shí)粗晶的產(chǎn)生機(jī)制，從熱力學(xué)角度分析了用等溫?cái)D壓工藝解決粗晶現(xiàn)象的可行性，并在不同錠坯溫度下的顯微圖片中得到了驗(yàn)證。表明等溫?cái)D壓工藝是解決7N01合金制品粗晶現(xiàn)象的一個(gè)可行的方法，具有很好的應(yīng)用前景。

鋁合金；7N01；粗晶形成；等溫?cái)D壓

7N01鋁合金屬Al-Zn-Mg系鋁合金，是一種高強(qiáng)度、高抗蝕性的鋁合金材料，具有良好的擠壓性和焊接性能[1]，在軍用及民用領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用。近幾年在民用領(lǐng)域得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，如在大型建筑物、地鐵及汽車(chē)零部件[2]等方面的應(yīng)用。但由于7N01合金成分及組織結(jié)構(gòu)方面的原因，在熱擠壓時(shí)，容易在制品周邊形成環(huán)狀粗大晶粒，即粗晶[3]。它不但降低了制品的力學(xué)性能，而且在氧化時(shí)表面色澤欠佳，影響制品的外觀性[4-5]。

相關(guān)研究表明，產(chǎn)生粗晶的根本原因是再結(jié)晶[6]。由于在7N01擠壓用的鑄錠中，Al-Mg3Zn3Al共晶相是以線狀組織分布于固溶體中的，因此，鑄錠在熱擠壓時(shí)，表面摩擦生熱，產(chǎn)生劇烈的塑性變形。劇烈的塑性變形使組織晶界撕裂，再結(jié)晶溫度降低；制品擠出時(shí)由于變形和摩擦產(chǎn)生大量的熱量，外表面的晶粒長(zhǎng)大，越到后面，擠壓速度越快，升溫越高，晶粒越來(lái)越大，產(chǎn)生粗晶現(xiàn)象越嚴(yán)重。

剔除7N01鋁合金擠壓制品粗晶目前常用的方法有3種：控制合理的合金化學(xué)成分；選擇適當(dāng)?shù)蔫T錠均勻化處理?xiàng)l件，如擠壓速度和擠壓溫度；控制制品的出口溫度。對(duì)于不同合金來(lái)說(shuō)，F(xiàn)e、Si含量越高，越容易產(chǎn)生粗晶，因此要嚴(yán)格控制；而添加少量Cr和Ti等元素，可有效減少粗晶的形成[7]。鑄錠均勻化處理主要是使組織晶粒細(xì)化，非平衡相溶解及晶內(nèi)偏析消除[8-9]，改善鑄錠的擠壓條件。合理選擇擠壓溫度和擠壓速度來(lái)控制制品出口溫度，是最直接的辦法，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中要精確控制較難。

本研究通過(guò)對(duì)7N01合金在不同溫度下的熱擠壓進(jìn)行試驗(yàn)和分析，為剔除7N01合金熱擠壓的粗晶現(xiàn)象找到解決的途徑，為合理制訂熱加工工藝方案提供依據(jù)。

1 7N01合金的技術(shù)要求

1.1 化學(xué)成分

7N01合金的化學(xué)成分具體要求見(jiàn)表1。

表1 7N01合金的化學(xué)成分Table 1 Chemical composition of 7N01 alloy %

1.2 機(jī)械性能

1）抗拉強(qiáng)度：400 MPa；

2）屈服強(qiáng)度：大于260 MPa；

3）延伸率：自然時(shí)效48 h后大于等于12%。

1.3 技術(shù)要求

1）表面本色氧化處理；

2）表面無(wú)任何由肉眼觀察到的缺陷。

2 7N01合金的等溫?cái)D壓工藝及試驗(yàn)結(jié)果

2.1 工藝流程

配料→熔煉→連鑄→鑄錠均勻化處理→擠壓→自然時(shí)效→氧化→檢驗(yàn)→包裝。

2.2 熔煉設(shè)備、配料

1）熔煉設(shè)備：5 t反射爐；

2）配料：配料比見(jiàn)表1。

2.3 熔煉工藝

鋁→熔化→加入打渣劑→扒動(dòng)除渣→加入Cu，Zn，Cr，Ti，Si等合金元素→攪拌取樣→分析→精煉→除氣→加覆蓋劑→靜置→連鑄。

在合金成分中，要嚴(yán)格控制Fe和Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，本次試驗(yàn)中的Fe控制在0.03%以?xún)?nèi)，Si控制在0.018%以?xún)?nèi)，并且適當(dāng)加入0.11%的Cr和0.15%的Ti，以防止粗晶的產(chǎn)生。同時(shí)，鑄錠進(jìn)行均勻化處理，處理?xiàng)l件為：鑄錠升溫至540～560℃，然后保溫8 h，最后出爐水冷。

2.4 擠壓工藝

1）擠壓筒加熱溫度：485℃；

2）錠坯加熱溫度：分別取485～500℃，510～520℃，520～530℃；

3）擠壓速度：擠壓桿推進(jìn)速度3～5 mm/s。

2.5 擠壓結(jié)果

如圖1所示，錠坯溫度在485～500℃時(shí)，在擠壓行程開(kāi)始50 mm內(nèi)擠壓制品，其表面光潔，無(wú)粗晶；而制品表面溫度高于518℃后就會(huì)出現(xiàn)粗晶，且隨著時(shí)間推移粗晶越來(lái)越明顯。如圖2所示，錠坯溫度在510～520℃時(shí)，擠壓制品一出來(lái)就出現(xiàn)粗晶，制品表面溫度達(dá)到535℃后，隨著時(shí)間的推移，粗晶越來(lái)越明顯。如圖3所示，錠坯溫度在520～530℃時(shí)，擠壓制品一出來(lái)就出現(xiàn)嚴(yán)重的粗晶，制品表面溫度為546℃。

圖1 7N01合金擠壓制品表面Fig.1 Extrusion product surface of 7N01 alloy

圖2 7N01合金的粗晶現(xiàn)象Fig.2 Coarse-grained of 7N01 alloy

圖3 7N01合金的嚴(yán)重粗晶現(xiàn)象Fig.3 Serious coarse-grain of 7N01 alloy

從上述試驗(yàn)可分析得知，7N01合金制品錠坯溫度在518℃時(shí)就產(chǎn)生粗晶，溫度越高，存在的塑性變形及接觸面摩擦越強(qiáng)烈，變形體內(nèi)的熱生成率遠(yuǎn)大于熱損失率，導(dǎo)致模具出口處的溫度隨擠壓行程的增加而升高。為了控制擠壓件內(nèi)的組織均勻性，防止出現(xiàn)粗晶現(xiàn)象，唯一的辦法是控制模具出口處制品的溫度在一個(gè)很小的范圍內(nèi)變動(dòng)。為此，試驗(yàn)嘗試采用等溫?cái)D壓工藝去實(shí)現(xiàn)上述目的。

2.6 等溫?cái)D壓工藝

等溫?cái)D壓是根據(jù)所測(cè)的擠壓件表面溫度去控制推桿的速度[10]，工藝流程如圖4所示。其中，T0為擠壓件表面目標(biāo)溫度，T為擠壓行程中擠壓件表面的瞬間溫度，S為瞬時(shí)行程，S0為預(yù)定行程。

在本試驗(yàn)中，T0=500℃，S0=250 mm，擠壓參數(shù)見(jiàn)表2。

圖4 7N01合金等溫?cái)D壓工藝流程圖Fig.4 Flow chart of isothermal extrusion process for 7N01 alloy

表2 7N01合金擠壓參數(shù)Table 2 Extrusion parameters of 7N01 alloy

2.7 等溫?cái)D壓結(jié)果

擠壓后制品經(jīng)48 h自然時(shí)效后，按GB/T 16865―2013《變形鋁、鎂及其合金加工制品拉伸試驗(yàn)用試樣及方法》選取試樣，在日本島津AG-50KNF材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，取3個(gè)拉伸數(shù)據(jù)的平均值作為有效值。

機(jī)械性能測(cè)試如下：抗拉強(qiáng)度為415 MPa，屈服強(qiáng)度為278 MPa，延伸率為14%。顯微組織無(wú)粗晶現(xiàn)象，本色氧化處理后表面光亮無(wú)肉眼缺陷，達(dá)到客戶要求。7N01合金等溫?cái)D壓后制品的表面見(jiàn)圖5。

3 結(jié) 語(yǔ)

采用等溫?cái)D壓工藝，合理選擇坯料的加熱溫度，能夠較好地解決7N01合金的擠壓粗晶現(xiàn)象，也能滿足合金的各項(xiàng)機(jī)械性能；同時(shí)，對(duì)其他需要氧化處理的高強(qiáng)度合金的熱擠壓也有一定的借鑒作用。

圖5 7N01合金等溫?cái)D壓后制品Fig.5 Isothermal extrusion products of 7N01 alloy

[1] 王祝堂，田榮璋.鋁合金及其加工手冊(cè)[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2000：448-451.

[2] 張建波，張永安，何振波，等.自然時(shí)效對(duì)7N01鋁合金組織和性能的影響[J].稀有金屬，2012，36（2）：191-195.

[3] 李煒煒，張金虹.6系鋁合金的擠壓粗晶環(huán)[J].上海有色金屬，2012，33（1）：16-19.

[4] 文方，李鐵.2A02鋁合金擠壓棒材粗晶環(huán)的消除方法[J].輕合金加工技術(shù)，2003，31（3）：33-35，38.

[5] 王國(guó)軍，呂新宇，金龍兵，等.控制2D70鋁合金熱擠壓棒材截面粗晶和力學(xué)性能的研究[J].鋁加工，2008（3）：26-29.

[6] 張勝華，覃業(yè)霞.鋁合金擠壓制品粗晶環(huán)形成機(jī)理研究[J].鋁加工，2001（2）：16-20.

[7] 魏長(zhǎng)傳.鋁合金反向擠壓中的粗晶組織[J].輕合金加工技術(shù)，2006，34（9）：41-43.

[8] 林高用，張勝華，胡澤豪.2024鋁合金擠壓過(guò)程動(dòng)態(tài)再結(jié)晶問(wèn)題的研究[J].兵器材料科學(xué)與工程，2000，23（1）：40-45.

[9] 王林山，陳康華，劉紅衛(wèi)，等.強(qiáng)化處理和快速再結(jié)晶對(duì)2014鋁合金組織與性能的影響[J].有色金屬，2001，53（1）：52-55.

[10] 段新峰，梁巖峰，汪指南.基于有限元分析的鋁合金等溫?cái)D壓工藝設(shè)計(jì)[J].安徽工程科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，18（3）：57-60.

Experimental research on isothermal extrusion process to eliminate coarse-grained formation for 7N01 alloy

JIANG Junru
（Zhejiang Jingyu Electromechanical Co.，Ltd.，Huzhou 313000，China）

On the basis of microstructure analysis of 7N01 alloy under various extrusion temperatures，the coarse-grain formation mechanism in thermal extrusion process was uncovered.And then the feasibility of isothermal extrusion for eliminating coarse-grain formation was analyzed from the thermodynamic perspective.The validity of this process was verified in our experiments with various ingot temperatures.Experimental results showed that isothermal extrusion process is beneficial to eliminate coarse-grain formation，and has a good application prospect.

aluminum alloy；7N01；coarse-grain formation；isothermal extrusion

TG291；TG379

A

1671-8798（2014）03-0182-04

10.3969/j.issn.1671-8798.2014.03.005

2014-03-26

蔣俊如（1963― ），男，浙江省長(zhǎng)興人，工程師，主要從事鋁合金生產(chǎn)與加工技術(shù)研究。