7003-T6铝合金型材挤压生产工艺技术研究

1 前言

7003在Al-Zn-Mg-（Cu）系中是属于一种典型的中强、可焊合金, 该铝合金有良好的塑性加工性能，人工时效后具有适中的强度，特别需指出的是，该铝合金焊接性能优良。因此,在车辆、建筑、桥梁、工兵装备和大型压力容器等方面都得到了广泛应用[1-5]。2010年，我司接到新加坡某公司订单，为断面较复杂的空心铝型材，客户要求铝合金状态为7003-T6，性能要求如表1所示，从产品结构看，该铝型材只能采用在线淬火生产，为此，工艺部对合金热处理工艺进行了研究，并将研究成果用于实际，生产出了满足客户要求的产品。

表1 7003-T6性能要求

1.1 材料及试验方法

试验铝合金为我司熔铸车间提供，采用半连续铸造生产Ф165mm直径铸锭，成分按照国家标准要求如表2所示，挤压在1650T卧式油压挤压机上进行，挤压系数为20，固溶热处理在SX2-8-10型马弗炉内进行，样品在DHG-9075A型鼓风炉内进行时效，大生产样品进行在线风淬及水雾淬火，并于14m长时效炉进行时效，力学性能在SANS CMT-5105电子拉伸试验机上进行。

表2 7003铝合金成分范围

先将挤压态样品分别在440、450、460、470、480℃温度下固溶0.5小时，水冷淬火，并进行105℃/6h+165℃/8h双极时效，考察固溶温度对时效后合金性能的影响，为在线淬火出口温度提供依据。第二步挤压后进行在线风冷及水雾淬火，并对停放时间对性能影响进行研究，同时优化双级时效工艺。

1.2实验结果与讨论

1.2.1固溶淬火工艺优化

7003铝合金分别在440、450、460、470、480℃下固溶0.5小时，水冷淬火，并进行105℃/6h+165℃/8h双极时效，力学性能结果如表3所示：

表3 7003铝合金在不同固溶条件下的性能

从上表可以看出，在不同的固溶温度下，7003铝合金的抗拉强度、屈服强度之间的偏差值均不超过10Mpa，延伸率也不超过1.5%，可以认为7003铝合金的固溶温度范围宽，在440-480℃温度范围内，固溶温度变化对力学性能的影响不大。

2 在线淬火工艺对铝合金性能的影响

在挤压生产现场，在挤压出口处分别对挤压铝型材进行风冷淬火和水冷淬火，并于120℃条件下时效24小时，性能对比如表4所示。

表4 不同淬火工艺对力学性能的影响

从表4可以看出，经风冷淬火后，性能与挤压态基本相当，抗拉强度、屈服强度远低于标准要求，说明过饱和固溶体在型材温度降低到室温前基本分解完毕，经水雾淬火后，铝合金性能明显提升，可满足要求，是合适的生产工艺。

3 停放时间对合金性能影响

将生产出来的铝型材停放0天、3天及15天后分别于120℃下时效24小时，性能对比如表所示。

表5 停放时间对7003铝合金性能的影响

从表可以看出，随着停放时间的增加，合金强度略有提升，与0停放相比，停放15天后合金的抗拉强度提高12Mpa，屈服强度提高20Mpa，而延伸率仍然保持在15.5%的高水平。

4 双级时效工艺研究

第一级时效探究

第二级时效制度保持165℃/8h不变，第一级分别采用95℃和105℃进行时效，时间分别为4、6、8小时，结果如表6所示：

表6 第一级时效工艺对7003铝合金性能影响

从表5可以看出，第二级时效制度为165℃/8h时，第一级选取95度，时间为8小时性能比较好，抗拉强度、屈服强度及延伸率分别可达335Mpa、289Mpa和14.5%，但未能达到客户的使用要求，为此，第一级时效制度定为105℃，优化第二级制度，温度分别为145、155和165℃，时间分别为6、8、10、12、16、24小时，结果如下表所示。

B1：第二级时效温度为145℃

B2:第二级时效温度为155℃

B3：第二级时效温度为165℃

根据上表的实验结果，第一级为105℃/6h时，第二级取145度时候，6小时性能较好，抗拉强度、屈服强度及延伸率分别可达390Mpa、352Mpa和15.8%，满足客户使用要求，同时，与120℃/24h的单级时效相比，强度降低10Mpa左右，但可缩短时效时间10小时以上，显著降低生产成本和提高效率。

5 结论

对于7003铝合金固溶热处理工艺进行了实验室研究，淬火后经双级时效，T6态合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别可达405MPa、351MPa和13%，在此基础上，进一步研究在线淬火工艺、停放时间及时效热处理等工艺参数对性能的影响，经在线淬火，停放15天及单、双级时效后，抗拉强度、屈服强度和延伸率分别可达407MPa、353MPa和15.5%和390MPa、353MPa和15.8%。
(1)  7003铝合金淬火温度范围宽，在440-480℃的温度范围内淬火，合金性能变化不明显。

(2)  随着停放时间的延长，7003合金性能有所增加，但幅度不大。

(3)  7003铝合金最佳的双级时效工艺为105℃/6h+145℃/6h，抗拉强度、屈服强度及延伸率分别可达390Mpa、352Mpa和15.8%。