葉陶勇

（西南鋁業(yè)（集團）有限責任公司，重慶 401326）

0 前言

7075屬于Al-Zn-Mg-Cu 7×××系合金，是以Zn-Mg-Cu 為主要合金元素的超高強度變形鋁合金，其Zn 含量為5.1%~6.1%，Mg 含量為2.0%~3.0%，Cu含量為1.2%~2.0%以及Cr含量為0.16%~0.30%。該合金早在20世紀40年代末期就已應用于飛機制造業(yè)，至今仍在航空工業(yè)上得到廣泛應用。其特點是固溶處理后塑性好，尤其是熱處理強化效果極佳，主要用于民用航空航天、模具加工、機械設備、工裝夾具等，其特有的高附加值使其成為生產(chǎn)企業(yè)的主要盈利產(chǎn)品[1]。

但在實際生產(chǎn)中，由于其熱處理時效參數(shù)的選定不一樣，導致時效生產(chǎn)時間長短和力學性能波動不一，從而嚴重影響了生產(chǎn)及產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性，因此開展7075 鋁合金厚板T651 狀態(tài)生產(chǎn)時效工藝產(chǎn)業(yè)化研究顯得極為有必要。雷才洪等[2]研究了多級時效對7075 鋁合金組織及性能的影響，張世興等[3]研究了熱處理制度對7075 鋁合金顯微組織和性能的影響，劉大海等[4]研究了工藝參數(shù)對7075 鋁合金板材時效成形性的影響，但對時效工藝產(chǎn)業(yè)化研究方向較少。本文結合某廠設備能力，在其他工序工藝不做調(diào)整的情況下，通過多次實驗室模擬及生產(chǎn)批量性驗證，得出不但滿足客戶要求力學性能且滿足現(xiàn)場生產(chǎn)條件的7075-T651合金板材最佳時效工藝參數(shù)，大大提高了生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

1 試驗材料、性能指標及試驗方案

1.1 試驗材料

根據(jù)民用產(chǎn)品訂貨標準中的性能指標，結合某廠主要合同訂單，選取典型規(guī)格為20 mm、50 mm、80 mm、100 mm、150 mm、200 mm 的7075-T651厚板作為試驗材料。

1.2 性能指標

民用產(chǎn)品常用的訂貨標準EN485.2-2008 性能指標見表1。

表1 民用7075-T651厚板性能指標

1.3 試驗方案

以該廠現(xiàn)行生產(chǎn)中民用7075-T651厚板板材時效工藝即120~140 ℃、保溫18~30 h 為基礎數(shù)據(jù)進行優(yōu)化研究，采取定溫、定時時效工藝進行歸類統(tǒng)一。擬采用的實驗室試驗方案見表2。

表2 試驗方案

選取7075-T651典型厚度規(guī)格，在其他生產(chǎn)工序及工藝條件不變的情況下，采取批量性生產(chǎn)物料經(jīng)淬火、拉伸工序后取樣做模擬實驗，且以厚度分類跟蹤不同溫度和時間組合形成的時效試驗方案結果。

2 試驗結果與分析

在實驗室同一熱處理爐內(nèi)按設定的組合時效制度對不同厚度試樣進行試驗。

2.1 20 mm厚度試驗結果與分析

20 mm 厚淬火-拉伸試樣的性能結果及趨勢見圖1。

圖1 20 mm試樣組合時效實驗結果

由實驗結果得出：

（1）共16組性能結果，其中有7組數(shù)據(jù)不符合標準值即不合格，9組數(shù)據(jù)合格。

（2）相同溫度下，隨著時間的增加，125 ℃及135 ℃兩種制度時效態(tài)試樣的強度呈上升趨勢；145 ℃及155 ℃時效態(tài)試樣強度呈先上升后下降趨勢。

（3）各時效制度下時效態(tài)試樣的延伸率相差不大，均滿足標準值且富余量較大。

（4）當保溫時間≤10 h 時，各時效制度的強度均較低；當保溫時間≥15 h 時，125 ℃及135 ℃兩種制度的強度在標準值以上且強度余量相對較大，而145 ℃及155 ℃兩種制度則是強度逐漸降低，證明其處于過時效狀態(tài)。

2.2 50 mm厚度試驗結果及分析

50 mm厚淬火-拉伸試樣的性能結果及趨勢見圖2。

圖2 50 mm試樣組合時效實驗結果

由實驗結果得出：

（1）在16組性能結果中，其中有7組數(shù)據(jù)不符合標準值即不合格，9組數(shù)據(jù)合格。

（2）性能試驗結果數(shù)據(jù)顯示其基本趨勢與20mm厚試樣基本一致。

2.3 80 mm、100 mm、150 mm 和200 mm 厚度試驗結果及分析

為進一步確定其它厚度段的性能變化規(guī)律，分別選取了80 mm、100 mm、150 mm和200 mm四個典型厚度按組合時效制度進行試驗，試驗性能結果如表3~表6所示。

表3 80 mm試樣時效實驗性能結果

表4 100 mm試樣時效實驗性能結果

表5 150 mm試樣時效實驗性能結果

表6 200 mm試樣時效實驗性能結果

從表3、表4、表5和表6可以看出：

（1）厚度80 mm 力學性能結果中有8組數(shù)據(jù)不合格，8組數(shù)據(jù)合格。

（2）厚度100 mm 力學性能結果中有8 組數(shù)據(jù)不合格，8組數(shù)據(jù)合格。

（3）厚度150 mm 力學性能結果中有7 組數(shù)據(jù)不合格，9組數(shù)據(jù)合格。

（4）厚度200 mm 力學性能結果中有9 組數(shù)據(jù)不合格，7組數(shù)據(jù)合格。

（5）相同時效溫度下，隨時間的增加，125 ℃及135 ℃兩種制度時效態(tài)試樣的強度呈上升趨勢；145 ℃及155 ℃時效態(tài)試樣強度呈先上升后下降趨勢，變化規(guī)律與20 mm厚試樣結果基本一致。由此可見，合金的強化效果與時效溫度和時間有著密切的關系[5]。

2.4 選定大生產(chǎn)驗證試驗方案

根據(jù)合金時效強化特點，較低的時效溫度可以獲得較大的時效效果，但所需時效時間較長。時效時間過長，將使合金時效過度，降低強化效果，甚至軟化；時間過短，將使合金時效不足，也會降低強化效果[5]。在時效初期，合金的硬度和電導率均迅速增大，隨著時間的延長，硬度值變?yōu)榫徛龃?，隨后具有較長時間的硬度值平臺[6]。因此，結合該廠現(xiàn)用時效熱處理設備的功能特點和6個典型厚度試驗性能結果，從滿足力學性能標準要求及提高生產(chǎn)效率方面選取交集部分和優(yōu)勢方案作為時效制度進行生產(chǎn)驗證，即選取“定溫（125±5）℃、保溫15 h+測溫生產(chǎn)”方式作為生產(chǎn)驗證時效方案。

3 工業(yè)化生產(chǎn)驗證結果及分析

根據(jù)該廠時效爐生產(chǎn)組爐原則，在同一時效熱處理爐內(nèi)選取6爐共計66批典型厚度生產(chǎn)物料，按定溫（125±5）℃、保溫15 h、測溫生產(chǎn)方式時效，經(jīng)過大生產(chǎn)取樣做性能檢測，并對各典型厚度的力學性能進行SPC 控制分析。分析結果如表7~表12所示。

表7 厚度20 mm力學性能結果

表8 厚度50 mm力學性能結果

表9 厚度80 mm力學性能結果

表10 厚度100 mm力學性能結果

表11 厚度150 mm力學性能結果

表12 厚度200 mm力學性能結果

由上表數(shù)據(jù)可得：在生產(chǎn)驗證典型厚度性能試驗結果中，66 批次力學性能全部符合民用訂貨標準，且富余量充足。另外，從表7～表12數(shù)據(jù)可以

看出，各典型厚度的屈服強度、抗拉強度及CV 值（變異系數(shù)）均在5%以內(nèi)，說明產(chǎn)品性能穩(wěn)定性，在可控范圍內(nèi)。

4 結論

通過實驗模擬及生產(chǎn)批量規(guī)?；炞C，成功開發(fā)了7075-T651 民用預拉伸厚板時效定溫、定時工藝即采取測溫生產(chǎn)方式，通過控制時效溫度和時間可以對7075-T651 預拉伸板進行批量規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，不但滿足了客戶對力學性能的要求且余量充足、波動范圍小，而且提高了生產(chǎn)效率。其工藝控制要點為：單級時效熱處理，時效定溫（125±5） ℃，保溫時間15 h。