一种7075铝合金挤压棒材的制备方法

技术领域

本发明属于铝合金的制备技术领域，具体涉及一种7075铝合金挤压棒材的制备方法。

背景技术

7075铝合金属Al-Zn-Mg-Cu系合金，是目前最典型的超硬铝合金，可用于制造各种各样的结构件，特别是航空航天器结构件，是当今使用最广泛的高强度铝合金。但7075铝合金的淬透性较差，据报道，其淬透深度只有25mm，对于直径φ120～φ250mmT6态的挤压棒材，力学性能一般难以达到指标要求。

目前，对于提高7075铝合金挤压棒材的力学性能，主要有两种方式：(1)增加7075合金棒材挤压变形量，即加大挤压系数λ(λ为挤压筒截面积与制品截面积之比)；(2)适当延长7075合金棒材固溶保温时间。但方式(1)受配备的挤压筒限制，挤压规格有限，加大挤压系数的空间不大，且受设备压力的限制，可能存在挤不动的现象。方式(2)中，若延长的固溶保温时间太长，7075合金的挤压效应将消失，反而不利于其在淬火时效后的力学性能提高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种7075铝合金挤压棒材的制备方法。该方法可以使得制备的7075铝合金挤压棒材具有优异的力学性能。

为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种7075铝合金挤压棒材的制备方法，包括以下步骤：

S1：将7075合金经熔炼、铸造得到7075合金铸锭；

所述7075合金按质量百分含量计包括Si≤0.15％；Fe≤0.25％；Cu1.30～1.60％；Mn≤0.10％；Mg 2.10～2.40％；Cr 0.18～0.28％；Zn 5.70～6.10％；Ti≤0.05％；余量为Al；

S2：将7075合金铸锭依次经加热、挤压、固溶淬火、拉伸矫直和时效处理，得到7075铝合金挤压棒材。

优选地，所述7075合金中Mn的质量含量不超过0.08％。

优选地，所述7075合金中Fe的质量含量不超过0.20％。

优选地，所述7075合金中Si的质量含量不超过0.10％。

优选地，所述加热的温度为400～430℃。

优选地，所述挤压的速率不超过0.5m/min。

优选地，所述固溶淬火中固溶的温度为465～475℃，淬火的水温为20～40℃。

优选地，所述拉伸矫直的拉伸率为1.5～2.5％。

优选地，所述时效处理的温度为120±5℃，时间为20～30h。

优选地，所述7075铝合金挤压棒材的直径为100～250mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种7075铝合金挤压棒材的制备方法，7075铝合金作为典型的时效强化合金，其中，Zn、Mg、Cu作为7075铝合金中的主合金元素，在固溶极限范围内，提高Zn、Mg含量，可以大提高合金的力学性能。Cu会显著降低合金固溶体晶格数的数量，导致合金稳定性下降，增加合金的淬火敏感性。因此，本发明降低7075铝合金组分中的Cu和Mg元素含量，并提高Zn/Mg比含量，以降低合金的淬火敏感性。另外，本发明进一步控制7075铝合金组分中具有淬火敏感性元素的含量，即Mn、Fe、Si，可以显著提高大规格7075铝合金棒材的淬透性，搭配其他的工艺，即可提升其力学性能。经研究，经本发明提供的方法制备得到的7075铝合金挤压棒材，其规格在100～150mm中，抗拉强度(Rm)不低于530MPa，规定非比例延伸强度(Rp0.2)不低于470MPa，断后伸长率(A)不低于6％；对于规格在150～250mm的棒材，其抗拉强度(Rm)不低于470MPa，规定非比例延伸强度(Rp0.2)不低于400MPa，断后伸长率(A)不低于5％。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有技术中，7075铝合金的淬透性较差、淬透深度低，得到的挤压棒材力学性能般难以达到指标要求的问题，本发明提供了一种7075铝合金挤压棒材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将7075合金经熔炼、铸造得到7075合金铸锭；

S2：将7075合金铸锭依次经加热、挤压、固溶淬火、拉伸矫直和时效处理，得到7075铝合金挤压棒材。

按照本发明，首先提供7075合金铸锭，其由7075合金经熔炼、铸造后得到。所述熔炼、铸造根据本领域技术人员熟知的技术手段进行即可。所述7075合金为本领域技术人员熟知的美国标准规定的牌号为7075的铝合金，其成分的标准质量百分含量，具体如下表1所示：

表1

本发明发现，以上表1中的7075合金(也称“7075铝合金”)组分得到的7075合金铸锭搭配后续工艺，制备得到的7075合金挤压棒材的力学性能难以达到指标要求。

7075铝合金作为典型的时效强化合金，Zn、Mg、Cu是其主合金元素，合金中Zn、Mg含量越高，合金时效后析出的η＇(MgZn

本发明经优化，优选所述7075合金按质量百分含量计包括Si≤0.15％；Fe≤0.25％；Cu 1.30～1.60％；Mn≤0.10％；Mg 2.10～2.40％；Cr 0.18～0.28％；Zn 5.70～6.10％；Ti≤0.05％；余量为Al。其中，Cu的质量含量控制为1.30～1.60％，可以是1.30％、1.32％、1.35％、1.38％、1.40％、1.42％、1.45％、1.48％、1.50％、1.52％、1.55％、1.58％或1.60％等；Mg的质量含量控制为2.10～2.40％，可以是2.10％、2.15％、2.20％、2.25％、2.30％、2.35％或2.40％等；Zn的质量含量控制为5.70～6.10％，可以是5.70％、5.75％、5.80％、5.85％、5.90％、5.95％、6.00％、6.05％或6.10％等。

Mn作为7075铝合金中的微合金元素，可以使固溶体快速分解，提高合金淬火时的冷却速率，使合金的淬火敏感性增加，因此也应加以控制。本发明优选将7075铝合金中Mn的质量含量控制在不超过0.1％，如可以是0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％或0.1％等，更优选不超过0.08％，这样可以减少铸锭在均热过程中含Mn化合物的聚集粗化，提高其挤压效应。

Fe和Si作为7075铝合金的主要杂质元素，Fe元素与基体形成的Al

本发明通过优化上述7075铝合金中相应元素的质量含量，搭配后续的工艺，可以明显降低合金的淬火敏感性，提高7075铝合金的淬透性，从而提升其力学性能。

本发明对后续的7075铝合金铸锭的加热、挤压、固溶淬火、拉伸矫直和时效处理等工艺没有特别的限制，按照本领域技术人员熟知的常规技术手段进行即可。

在本发明的一些实施方案中，所述加热的温度优选为400～430℃，可以是400℃、405℃、410℃、415℃、420℃、425℃或430℃等；7075铝合金铸锭的加热为感应加热，时间在20min以上即可。

在本发明的一些实施方案中，优选对加热后的铸锭进行挤压，得到挤压棒材，所述挤压的速率不超过0.5m/min，可以是0.1m/min、0.2m/min、0.3m/min、0.4m/min或0.5m/min等，防止裂纹产生。

在本发明的一些实施方案中，对上述得到的棒材进行固溶淬火时，所述固溶淬火中固溶的温度为465～475℃，可以是465℃、466℃、467℃、468℃、469℃、470℃、471℃、472℃、473℃、474℃或475℃等，该过程中的保温时间按AMS 2772相关规定进行即可；淬火的水温为20～40℃，可以是20℃、22℃、25℃、28℃、30℃、32℃、35℃、38℃或40℃等。

在本发明中，7075合金棒材淬火后进行拉伸矫直，在本发明的一些实施方案中，所述拉伸矫直的拉伸率为1.5～2.5％，可以是1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2.0％、2.1％、2.2％、2.3％、2.4％或2.5％等。

然后，按照本发明，对拉伸矫直后的7075合金棒材进行时效处理，所述时效处理的温度为120±5℃，可以是115℃、116℃、117℃、118℃、119℃、120℃、121℃、122℃、123℃、124℃或125℃等；时间为20～30h，可以是20h、22h、24h、26h、28h或30h等。

在本发明中，上述列举的点值仅仅起到列举作用，并不局限于此，该数值范围内的其他点值均可适用，在此便不再一一赘述。

在本发明中，采用上述制备方法制备的7075铝合金挤压棒材，规格较大，其直径在100～250mm之间。经研究，对于规格在100～150mm的棒材，拉伸强度不低于530MPa，规定非比例延伸强度(RP0.2)不低于470MPa，断裂伸长率不低于6％；对于规格在150～250mm的棒材，其拉伸强度不低于470MPa，规定非比例延伸强度(RP0.2)不低于400MPa，断裂伸长率不低于5％。

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例中所用的实验原料均为一般市售品。

实施例1

本实施例提供一种7075铝合金挤压棒材，其制备方法如下：

(1)按照下表2优化7075合金成分，制备得到7075合金铸锭；

表2

(2)将7075合金铸锭在400℃下进行加热，然后进行挤压，挤压的速度为0.3m/min；

(3)将挤压后的7075合金铸锭在465℃下进行固溶，保温时间按照AMS 2772相关规定，然后在30℃下进行淬火处理；

(4)将淬火处理的7075合金铸锭进行拉伸矫直，拉伸率为2％；

(5)将拉伸矫直的7075合金棒材在120℃下进行时效处理24h，得到目标产品。

实施例2

本实施例提供一种7075铝合金挤压棒材，其制备方法如下：

(1)按照下表3优化7075合金成分，制备得到7075合金铸锭；

表3

(2)将7075合金铸锭在400℃下进行加热，然后进行挤压，挤压的速度为0.3m/min；

(3)将挤压后的7075合金铸锭在465℃下进行固溶，保温时间按照AMS 2772相关规定，然后在30℃下进行淬火处理；

(4)将淬火处理的7075合金铸锭进行拉伸矫直，拉伸率为2％；

(5)将拉伸矫直的7075合金棒材在120℃下进行时效处理24h，得到目标产品。

实施例3

本实施例提供一种7075铝合金挤压棒材，其制备方法如下：

(1)按照下表4优化7075合金成分，制备得到7075合金铸锭；

表4

(2)将7075合金铸锭在400℃下进行加热，然后进行挤压，挤压的速度为0.3m/min；

(3)将挤压后的7075合金铸锭在465℃下进行固溶，保温时间按照AMS 2772相关规定，然后在30℃下进行淬火处理；

(4)将淬火处理的7075合金铸锭进行拉伸矫直，拉伸率为2％；

(5)将拉伸矫直的7075合金棒材在120℃下进行时效处理24h，得到目标产品。

实施例4

本实施例提供一种7075铝合金挤压棒材，其制备方法如下：

(1)按照下表5优化7075合金成分，制备得到7075合金铸锭；

表5

(2)将7075合金铸锭在400℃下进行加热，然后进行挤压，挤压的速度为0.3m/min；

(3)将挤压后的7075合金铸锭在465℃下进行固溶，保温时间按照AMS 2772相关规定，然后在30℃下进行淬火处理；

(4)将淬火处理的7075合金铸锭进行拉伸矫直，拉伸率为2％；

(5)将拉伸矫直的7075合金棒材在120℃下进行时效处理24h，得到目标产品。

实施例5

本实施例提供一种7075铝合金挤压棒材，其制备方法如下：

(1)按照下表6优化7075合金成分，制备得到7075合金铸锭；

表6

(2)将7075合金铸锭在400℃下进行加热，然后进行挤压，挤压的速度为0.3m/min；

(3)将挤压后的7075合金铸锭在465℃下进行固溶，保温时间按照AMS 2772相关规定，然后在30℃下进行淬火处理；

(4)将淬火处理的7075合金铸锭进行拉伸矫直，拉伸率为2％；

(5)将拉伸矫直的7075合金棒材在120℃下进行时效处理24h，得到目标产品。

实施例6

本实施例提供一种7075铝合金挤压棒材，其制备方法如下：

(1)按照下表7优化7075合金成分，制备得到7075合金铸锭；

表7

(2)将7075合金铸锭在400℃下进行加热，然后进行挤压，挤压的速度为0.3m/min；

(3)将挤压后的7075合金铸锭在465℃下进行固溶，保温时间按照AMS 2772相关规定，然后在30℃下进行淬火处理；

(4)将淬火处理的7075合金铸锭进行拉伸矫直，拉伸率为2％；

(5)将拉伸矫直的7075合金棒材在120℃下进行时效处理24h，得到目标产品。

对比例1

本对比例提供一种7075铝合金挤压棒材，与实施例1相比，区别在于7075合金中Cu的质量含量为1.74％，Mg的质量含量为2.5％，Zn的质量含量为5.65％，其余参数和步骤与实施例1保持一致。

性能测试

针对实施例1～6和对比例1得到的7075合金挤压棒材进行力学性能的测试，测试方法按照GB/T 16865的相应方法执行。

测试结果如下表8所示(其中，Rm为抗拉强度，Rp0.2为规定非比例延伸强度，A为断裂伸长率，B1、B2指的是同一批次中的两个样品)：

表8

由表7数据可知，在优化7075铝合金中Cu、Mg、Zn的组分含量后，搭配其他后续工艺制备得到的7075铝合金挤压棒材，其规格在100～150mm中，抗拉强度(Rm)不低于530MPa，规定非比例延伸强度(Rp0.2)不低于470MPa，断后伸长率(A)不低于6％；对于规格在150～250mm的棒材，其抗拉强度(Rm)不低于470MPa，规定非比例延伸强度(Rp0.2)不低于400MPa，断后伸长率(A)不低于5％。

而对比例1中，Cu、Mg、Zn的组分含量不在本申请中的优选范围内，导致最终得到的产品的Rp0.2不达标。上述数据表明，采用本发明的制备方法，可以制备得到具有优异的力学性能的7075铝合金挤压棒材。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。