航空用7075合金薄壁型材产品开发研究

佟明明，王义斌，王 煦

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁 辽阳 111003)

现代航空航天装备不断向轻量化、长寿命、高可靠性方向发展，服役性能也逐渐趋于极端化。因此，作为航空航天装备主体构件的轻合金大型整体构件，必须具有超高的强度和较低的重量。航空用铝合金由于强度高、密度小、成形性能好等优点，成为了现代航空航天装备的关键材[1-3]。7075合金是Al-Zn-Mg-Cu系合金，用于制造飞机结构及其他要求强度高、抗蚀性能强的高应力结构件，如飞机上下翼面壁板、桁条、隔框等。

1 产品开发要求

1.1 产品截面及尺寸要求

产品截面尺寸及尺寸偏差按图纸要求，其他尺寸按 GB/T 14846-高精级标准执行，其断面图如图1所示。

图1 ZW-D031317断面图Fig.1 ZW-D031317 profile

1.2 产品性能及其他要求

该合金断面产品为航空产品，对产品要求较高，本次采用7075合金生产。具体开发要求为，抗拉强度(Rm)≥503MPa，屈服强度(RP0.2)≥435MPa，伸长率(A)≥7%；低倍组织不允许有裂纹、缩尾、气孔、光亮晶粒，不允许有点状或针状非金属夹杂物和化合物偏析缺陷；高倍组织不允许过烧；电导率≥22MS/m；不应出现EB～ED级的剥落腐蚀。

2 产品挤压生产难点

本次开发的断面合金为7075合金，该合金合金化程度高、金属流动性差，导致变形抗力过大，挤压工艺过程较难控制，棒温低，合金过硬挤压困难；棒温过高，产品组织易过烧。且该合金需进行离线淬火，壁厚较薄易发生扭拧变形，型材的直线度及扭拧度很难得到保证。基于以上几方面的开发难点，对整个开发过程形成较大的生产困难，本次生产主要从挤压工艺、后期整形、淬火夹具、模具调整等几方面进行开发研究试制。

3 试验方法

3.1 生产信息情况

本次开发产品，合金化程度较高，挤压难度较大，采用非标机台挤压生产，即采用600T吨位挤压机台改用500T吨位挤压筒生产。其产品信息情况为，挤压吨位660T，挤压筒面积56.72cm2，型材断面积1.779cm2，挤压系数31.9。

3.2 挤压工艺参数

7075合金薄壁型材挤压机台选用液压情况较好的非标机台生产，该机台最大输出压力6.0MN，挤压筒直径由原来的105mm降为85mm，筒面积由86.5cm2减少为56.72cm2。因此，可以有效提高单位面积上的输出压力，最大单位输出压力由76kg/mm2增加到116kg/mm2，从而降低挤压难度。本次生产的挤压工艺参数为，挤压筒温度420℃，模具温度450℃，铸锭温度408℃～411℃，挤压速度0.3m/min～0.5m/min。

3.3 模具调整

挤压生产薄壁型材，产品尺寸较难控制，需经过多次修模整改。该模具为平模，且该合金金属流动性差，挤压较困难，在挤压过程中易发生闷车现象。经多次模具调整后将模具促流角打磨2°，去掉模具前室，增加制品流速，降低突破压力。

3.4 淬火矫直

7075合金薄壁型材制作专用淬火夹具，使用温水(50℃±5℃)淬火，尽量采用短尺，保证淬火后型材的直线度。

3.5 热处理制度

本产品采用7075-T76511的合金状态，型材需进行离线淬火处理及过时效处理。对于7xxx系合金，为保证其腐蚀性能，采用双级时效处理，具体热处理制度为，淬火制度462℃×30min，时效制度120℃×5h+170℃×7h，淬火后1h内拉伸。

4 试验结果

4.1 型材成分

将型材产品进行成分检测，符合AMS-QQ-A-200/15标准要求(表1)。

表1 化学成分(质量分数，%)

4.2 力学性能

分别在产品头尾处取两套200mm长力学料样，经淬火、时效后对料样进行力学检测，力学检测标准按照GB/T 288方法执行，检测结果如表2所示。从表2可知，型材产品经力学检测，其检测结果完全符合AMS QQ-A-200/15标准要求。

表2 力学性能

4.3 电导率

本次试验要求电导率≥22MS/m，经时效后进行电导率检测，其检测结果如表3所示。从表3可以看出，试验要求电导率≥22MS/m，即电导率要求≥37.93%IACS，检测结果均符合要求。

表3 电导率检测结果

4.4 组织性能

4.4.1 低倍组织

分别切取头端1m，尾端1.5m、2m处50mm长度试样进行低倍检测，检测标准按照GB/T 3247方法执行，其低倍检测结果无缺陷。

4.4.2 高倍组织

切取型材头、尾两端样品进行高倍组织观察，检测标准按照GB/T 3246方法执行，检测结果均未见组织过烧，如图2所示。

图3分别为型材经离线淬火(462℃×30min)和时效(120℃×5h+170℃×7h)后的头、尾两端组织性能，图中晶粒度等级均为7级。

(a)头部500X高倍组织 (b)尾部500X高倍组织图2 型材组织性能Fig.2 Profile structure property

(a)头部100X晶粒度 (b)尾部100X晶粒度图3 型材晶粒度Fig.3 Grain size of profile

4.5 腐蚀性能

型材产品要求，剥落腐蚀性能不出现EB～ED级。将型材产品取100mm料样进行剥落腐蚀处理，腐蚀480h，显示结果为EA级，其腐蚀表面情况如图4所示。

图4 剥落腐蚀表面Fig.4 Peeling off corroded surface

4.6 型材尺寸

将淬火后型材切取定尺为1.5m，上平台后，出现翘脚现象，型材直线度不合格，需后期整形处理，其淬火后挤压产品如图5所示。

图5 淬火后挤压型材Fig.5 Press the profile after quenching

5 总结

(1)7075合金薄壁型材挤压工艺初定为：采用离线淬火方式，铸锭温度400℃～410℃、挤压速度0.5m/min～0.5m/min、挤压筒温度420℃～430℃、模具温度为450℃～460℃，淬火制度为462℃±3℃×30min，时效制度为120℃×5h+170℃×7h，淬火后需在1h内进行拉伸校直；

(2)经成分检测，型材成分符合要求；

(3)7075合金挤压型材，离线淬火后，经过时效处理，其力学性能完全满足AMS QQ-A-200/15标准，其屈服强度和抗拉强度均能高于标准50MPa～60MPa；

(4)型材淬火后，进行过时效处理，将型材头尾分别进行电导率检测，其头部电导率检测结果为38.56%%IACS，尾部为38.82%IACS，均满足≥37.93%IACS的标准；

(5)7075合金在淬火后经高倍组织检测未出现过烧情况，低倍组织头端1.5m处出现缩尾，其余切取位置均合格，融合口为纤维状断口；

(6)型材进行剥落腐蚀，在腐蚀480h后，观察型材表面，其腐蚀结果为EA级，满足不出现EB～ED级标准；

(7)型材1.5m定尺上平台后，出现翘脚现象，直线度不合格。