7076T6鋁合金擠壓扁棒熱處理工藝與性能研究

趙銀河(山東兗礦輕合金有限公司,山東濟(jì)寧273500)

7076T6鋁合金擠壓扁棒熱處理工藝與性能研究

趙銀河(山東兗礦輕合金有限公司,山東濟(jì)寧273500)

本文對(duì)7076T6鋁合金的擠壓與熱處理的工藝和性能進(jìn)行了初步的研究與分析，探討了7076T6鋁合金熱處理與力學(xué)性能之間的關(guān)系，對(duì)固溶熱處理、停放效應(yīng)、時(shí)效溫度的影響等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，形成了基本的擠壓和熱處理工藝制度，為后續(xù)7076T6鋁合金的市場(chǎng)開拓和應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

7076T6鋁合金；擠壓熱處理；工藝；性能

1 7076T6鋁合金基本概念

7076T6鋁合金是一種高強(qiáng)度的鋁合金，屬于7xxx系鋁合金。其特點(diǎn)是退火狀態(tài)和剛淬火情況下的塑性較好，能夠獲得較高的強(qiáng)度，點(diǎn)焊接性能較好但氣焊接的性能較差，退火后可削性能較差。7xxx系鋁合金一般應(yīng)用于主要的承載力構(gòu)件中，例如飛機(jī)起落架、大量、蒙皮等。7076T6鋁合金是一種新型的鋁合金偏好，一般做為鍛件的供應(yīng)材料使用。目前，我國還沒有針對(duì)7076T6鋁合金的具體材料。本文重點(diǎn)針對(duì)7076T6鋁合金扁棒在T6狀態(tài)下的熱處理與力學(xué)性能之間的關(guān)系，形成了7076T6鋁合金的基本擠壓和熱處理工藝制度，為后續(xù)的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

7076T6鋁合金中的元素主要包括Cu、Zn、Mn、Mg，其中Mg和Zn是強(qiáng)化元素，具有較好的時(shí)效強(qiáng)化效果，在共晶溫度下Mg和Zn的溶解度能達(dá)到28%，而在室溫下會(huì)下降到4%到5%的比率。Mg和Zn的含量越高，鋁合金的硬度和強(qiáng)度就越高，但同時(shí)會(huì)造成愛聊的抗應(yīng)力腐蝕性、塑性以及斷裂韌性等其他性能降低。Cu的作用除了提高強(qiáng)化作用外，還能提高材料的抗腐蝕性能。Mn的作用主要是保證在進(jìn)行熱處理或熱加工后，能夠阻止材料中的晶粒長大，通過保證晶粒細(xì)化的情況下使材料不再結(jié)晶或只有部分再結(jié)晶，這樣能夠在提高材料強(qiáng)度時(shí)保證良好的腐蝕性能和抗應(yīng)力。

2 擠壓熱處理工藝概念

2.1 鋁合金擠壓方法

鋁合金擠壓方法是一種塑性加工方法，通過對(duì)放置在容器（即擠壓筒）中的坯料施加外力，使坯料從容器的?？字辛鞒?，從而能夠根據(jù)預(yù)先制定的斷面形狀和尺寸獲取到制品的處理工藝。擠壓加工法的產(chǎn)品精度高，能夠滿足不同型號(hào)、形狀和尺寸的加工要求，廣泛應(yīng)用在較低塑性材料的加工和生產(chǎn)過程中。

在擠壓加工過程中，材料在容器中收到三向壓應(yīng)力，因此能夠最大限度地發(fā)揮材料的塑性從而獲得最大的變形量。擠壓工藝由于能夠制造不同形狀、尺寸的半成品，因此產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣，很多產(chǎn)品是其他加工工藝做不到的。另外，擠壓工藝還有生產(chǎn)靈活度大、成本和半成品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 熱處理

鋁合金在進(jìn)行熱處理后會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)軟化，一方面由于晶粒的形狀、尺寸等發(fā)生了變化，晶粒之間出現(xiàn)了扭曲和擠壓，增加了材料內(nèi)部的滑移力，從力學(xué)行為角度分析，會(huì)出現(xiàn)材料硬度和強(qiáng)度上升，即“加工硬化”，此時(shí)材料的韌性和塑性都會(huì)下降。另一方面，在熱處理的過程中由于溫度較高，原子運(yùn)動(dòng)加劇，材料內(nèi)部原本已經(jīng)錯(cuò)位的原子會(huì)重新恢復(fù)正常的排列順序，從而消除掉晶格扭曲的效應(yīng)。隨著材料變形程度的不斷增強(qiáng)，晶粒會(huì)以某些雜質(zhì)相或亞晶為核心生長出新的晶粒，從而進(jìn)一步消除加工硬化效應(yīng)，即動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。

3 7076T6鋁合金擠壓扁棒熱處理工藝與性能分析

7076T6鋁合金擠壓扁棒熱處理的基本工藝流程包括熱擠壓、淬火、拉伸矯直、時(shí)效、取樣、切成品、檢查、包裝等環(huán)節(jié)。

3.1 擠壓處理

擠壓工藝環(huán)節(jié)采用正向熱擠壓的方式，使用2000t的油壓機(jī)，配置擠壓筒和擠壓殘料、雙?？拙?，擠壓操作的系數(shù)為27.8，理論上可以壓出的長度值為9.1米。擠壓過程中鑄錠的加熱溫度需達(dá)到380到450°C，擠壓筒內(nèi)的溫度需達(dá)到400到450° C，擠壓速度為每分鐘0.6至0.8米。在實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)際達(dá)到的鑄錠溫度為425°C，擠壓筒內(nèi)420°C。在操作過程中擠壓制品沒有產(chǎn)生扭擰、硬彎、裂縫等問題，整體工藝的質(zhì)量穩(wěn)定。

3.2 熱處理

擠壓工藝結(jié)束后，對(duì)扁棒進(jìn)行取樣，對(duì)樣品進(jìn)行不同實(shí)驗(yàn)條件下的纖維檢測(cè)，提取固溶處理后得到的金相組織。在溫度為430~450°C的條件下，7076T6鋁合金中殘留有較多的粗大的非平衡相，其固溶熱處理不充分。而溫度達(dá)到470~510°C時(shí)，殘留相大大減少，溶質(zhì)基本能夠完全融入到機(jī)體中，同時(shí)在高溫的作用下，晶粒會(huì)以某些雜質(zhì)相或亞晶為核心生長出新的晶粒，再結(jié)晶的程度提高。在具體工程實(shí)踐操作中，為了提高生產(chǎn)效率、消除加工硬化效應(yīng)，同時(shí)有效節(jié)約能源，一般7076T6鋁合金的固溶熱處理的溫度選為470°C。

另外，我們還針對(duì)時(shí)效溫度對(duì)7076T6鋁合金力學(xué)性能的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。在固溶熱處理的溫度選為470°C的條件下，時(shí)效溫度達(dá)到100至140°C時(shí)，材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度是隨著溫度的升高而不斷提高的。當(dāng)時(shí)效溫度達(dá)到140至180° C時(shí)，材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度是隨著溫度的升高而不斷降低的。因此時(shí)效溫度為140°C時(shí)，7076T6鋁合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度為最高，同時(shí)其延伸率并不會(huì)出現(xiàn)明顯的降低。因此，7076T6鋁合金的最優(yōu)時(shí)效溫度為140°C。

在固溶熱處理的溫度選為470°C、時(shí)效溫度為140°C的條件下，時(shí)效保溫時(shí)間為4至14小時(shí)時(shí)，材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度是隨著時(shí)間的延長而不斷提高的。當(dāng)時(shí)效保溫時(shí)間在14至20小時(shí)時(shí)，材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度是隨著時(shí)間的延長而不斷降低的。因此，7076T6鋁合金的最佳時(shí)效保溫時(shí)間為14小時(shí)。

4 結(jié)語

通過本文的理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知7076T6鋁合金在470°C的固溶熱處理?xiàng)l件下能夠保證較少的殘留相，同時(shí)固溶充分。在時(shí)效溫度和保溫時(shí)間為140°C/14小時(shí)的條件下，扁棒材料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度都較好，另外，7076T6鋁合金在熱處理過程中不會(huì)出現(xiàn)停放效應(yīng)，擠壓工藝也不會(huì)造成扭擰、硬彎、裂縫等問題，整體工藝的質(zhì)量穩(wěn)定。

[1]杜君，李曉風(fēng)，7076T6鋁合金擠壓扁棒熱處理工藝與性能研究，鋁加工,2015(3):22-25.

[2]蒙毅，AA6069鋁合金擠壓與熱處理工藝研究，東北大學(xué),2010.