高質(zhì)量7005鋁合金泵體型材擠壓和時效工藝的研究

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.山東南山學院，龍口265706）

0 前言

7005 鋁合金屬于Al-Zn-Mg 系中高強度的鋁合金，具有良好的機械性能、抗腐蝕性和焊接性，被廣泛應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，在液壓設備、升降機等行業(yè)受到關注[4，5]。

由于7005鋁合金泵體型材采用分流擠壓模進行擠壓，在加工成泵體后有漏油現(xiàn)象。因此，針對這一問題，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。同時為了更好地滿足客戶對性能的要求，本文對7005鋁合金泵體型材的時效工藝進行了研究，以獲得該合金的最佳力學性能。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗采用7005鋁合金，其化學成分見表1。

表1 7005鋁合金的化學成分（質(zhì)量分數(shù)/%）

1.2 試驗方法

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

表2 調(diào)整前與調(diào)整后工藝參數(shù)對照表

雙級時效工藝為：預時效105 ℃×10 h；第二級時效選用155 ℃，分別保溫6 h、8 h、10 h 和12 h。

1.3 技術(shù)要求

客戶對7005鋁合金泵體型材性能要求見表3。

表3 力學性能標準

泵體時效后用Z100 萬能拉伸試驗機進行力學性能測試。

2 試驗結(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。通過壓縮實驗，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、適當升高擠壓溫度和增加擠壓比有利于金屬擴散結(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 力學性能測試結(jié)果

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

圖4 第二級時效時間對7005鋁合金泵體型材力學性能的影響

預時效105 ℃保溫10 h時，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)。第二級時效溫度選用的是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 ℃），在時效過程中會直接析出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，導致強度增加；而晶界處較寬的無沉淀析出帶弱化了晶界強度，使晶界處的位錯塞積更有利于微裂紋的形成，最終導致了延伸率的下降[6]。隨著時效時間的繼續(xù)延長，η平衡相開始析出，其與基體不存在共格，強度開始降低，而延伸率開始升高。

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

3 結(jié)論

降低擠壓速度、適當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 ℃時效10 h后，再于155 ℃時效8 h 后泵體型材的抗拉強度達到387 MPa，屈服強度345 MPa，延伸率達到15.5%，這種時效工藝是最佳的工藝制度，能滿足客戶技術(shù)要求。