CN109943791A - 一种7075铝合金挤压棒材及其制造方法 - Google Patents

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李烈军
余泳霖
杨和月
李炯轶
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Abstract

本发明公开了一种7075铝合金挤压棒材及其制造方法，（1）利用单辊熔体旋转冷却法将7075铝合金板材制成细晶7075铝合金带材；（2）7075铝合金带材经过机械剪碎后冷压压实为7075铝合金棒；（3）将冷压后的7075铝合金棒进行热挤压，得7075热挤压铝合金棒；（4）将7075热挤压铝合金棒进行热处理，得T6态的7075热挤压铝合金棒。利用本发明的方法制造出的铝合金挤压棒具有较高的抗拉强度和延伸率，综合性能优异。

Description

一种7075铝合金挤压棒材及其制造方法
技术领域
本发明涉及铝合金挤压制造领域，具体涉及一种7075铝合金挤压棒材及其制造方法。
背景技术
铝具有储量大、密度小、比强度高、导热性好、导电性好、成型及加工性能好等一系列比其他有色金属、钢铁、塑料等优良的特性，铝及铝合金在航天、航海、航空、汽车、交通运输、桥梁、建筑等各个领域都得到了十分广泛的应用。超高强铝合金主要是指Al-Zn-Mg-Cu系(简称7000系)铝合金。超高强铝合金由于具有高强、高韧和低密度等性能，问世以来就得到了广大学者的关注和研究。
7000系铝合金中强度最好的就是7075合金，锌在这系列中是主要合金元素，加上少许镁合金可使材料热处理后到达非常高强度特性。这系列材料一般都加入少量的铜、铬等合金，而其中以编号7075铝合金尤为上品，强度最高，适合飞机构架及高强度配件。
铝合金铸造法容易产生很多缺陷，如裂纹、花边状组织、光亮晶粒、浇不足、缩松氧化、夹杂和气孔等。这些缺陷无法完全避免并在很大程度上影响了合金的性能。
由霍尔佩奇公式可知，金属的性能与其组织晶粒大小相关，晶粒越细，其强度越高，塑性越好。而由金属凝固理论可知，过冷度越大，晶粒越细小，因此快速凝固是晶粒细化的一个有效方法。快速凝固是一种非平衡的凝固过程，以大于103-105K/s的冷却速率直接将液态金属瞬间冷凝成固态，一般生成非晶、准晶、微晶或纳米晶等亚稳相，得到一种具有特殊的性能和用途的材料。
快速凝固熔铸技术目前应用最为普遍的方法是单辊旋淬快速凝固技术。将单辊旋淬快速凝固技术与热挤压制造技术结合起来，利用单辊熔体旋转法制得的具有细小优异凝固组织的铝合金代替传统铝合金铸锭，挤压出具有比传统铸造挤压铝合金更高抗拉强度、延伸率，综合力学性能优异的铝合金挤压棒材，为制造优异力学性能的铝合金挤压棒提供了一种新的途径。
发明内容
本发明的目的是提供一种7075铝合金挤压棒材及其制造方法，利用该制造方法制备的铝合金挤压棒具有较高的拉伸强度及延伸率，综合力学性能优异。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
(1)利用单辊熔体旋转冷却法将7075铝合金板材制成细晶7075铝合金带材；
(2)7075铝合金带材经过机械剪碎后冷压压实为7075铝合金棒；
(3)将冷压后的7075铝合金棒进行热挤压，得7075热挤压铝合金棒；
(4)将7075热挤压铝合金棒进行热处理，得T6态的7075热挤压铝合金棒。
优选的，步骤(1)所述7075铝合金板材为T6态。
优选的，在步骤(1)所述的单辊熔体旋转冷却制备7075铝合金带材的过程中，单辊铜轮的旋转速度为20-40m/s。单辊铜轮的旋转速度与制得的铝合金带材的显微结构密切相关。一般来说，铜轮旋转速度越快，熔融金属液的冷却速度越快，过冷度越大，带材的显微结构越细小。铜轮旋转速度可以为20-40m/s。在一实施方案中，使用铜轮旋转速度为30m/s。
优选的，步骤(1)中，利用单辊熔体旋转冷却法制备7075铝合金带材时，熔融金属液流出至石英管口处时将熔融金属液喷射至单辊铜轮表面。等待喷射的时间太长，会导致金属液自然滴落在旋转铜轮上，冷却速度不够，无法成功制取带材。
优选的，步骤(1)中，利用单辊熔体旋转冷却法制备7075铝合金带材时，须严格控制熔融金属液喷射过程中与单辊铜轮表面的接触时间在3秒以内。
优选的，步骤(2)所述的机械剪碎带材的过程中，须保持带材、工具(剪刀等)清洁，避免在剪碎带材的过程中混入其他杂质。
优选的，步骤(2)中，经过机械剪碎后的7075铝合金带材的尺寸为带材面积<0.5mm2；所述冷压压实7075铝合金带材碎屑的压力为6-8吨；所述的机械剪碎带材的过程中，须尽可能减碎、减细带材，避免其在接下来的冷压过程中难以压实，冷压棒致密度不够；冷压过程完全依靠压力压实铝合金碎屑，碎屑越小、越细，冷压铝合金棒致密度越高，对最终获得高致密度的热挤压棒越有利。
优选的，在进行步骤(3)所述热挤压之前，先将步骤(2)得到7075铝合金棒进行预热，预热温度为380℃-420℃，保温时间为20-40min。
优选的，步骤(3)所述热挤压过程中，热挤压的参数为：挤压温度为380-420℃，挤压比为10-20，挤压力为20-30吨。在一实施方案中，热挤压制度具体为：挤压温度400℃，挤压比为16，挤压力为24吨。所得挤压棒力学性能优异，表面无起皱等不良组织。
优选的，步骤(4)所述热处理在480℃固溶3-6h或490℃固溶1.5-3h，然后120℃人工时效22-26小时。
本发明还提供了一种由以上所述的制造方法制得的7075铝合金挤压棒材，该7075铝合金挤压棒材的抗拉强度≥440Mpa，延伸率大于20％。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明的制造方法避免了铝合金挤压前使用具有裂纹、缩松氧化、夹杂和气孔等多种缺陷的铝合金铸锭，而利用具有细小组织结构的冷压带材铝合金棒，使挤压所得的铝合金棒具有更优异的力学性能。
附图说明
图1是本发明实施例1的铝合金挤压棒的制造技术路线流程图；
图2是本发明实施例1中的单辊熔体旋转法制得的7075铝合金带材显微维氏硬度分布图；
图3是本发明实施例1中热挤压棒拉伸实验应力-应变曲线图。
具体实施方式
以下结合实例及附图对本发明的具体实施作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，一种7075铝合金挤压棒的制造方法，包括步骤：
(1)利用单辊熔体旋转冷却法制备细晶7075铝合金带材，所用7075铝合金板材为T6态。铜轮转速设为20m/s，熔融金属液流出至石英管口处时将其喷射至旋转铜轮表面，将熔融金属液喷射过程中与旋转铜轮的接触时间控制在2s；
(2)将7075铝合金带材机械剪碎后，满足带材碎屑平均表面积<0.5mm2，然后进行冷压压实，冷压机压力为7吨；
(3)先将冷压后的7075铝合金棒进行预热然后进行热挤压，预热温度为400℃，保温时间为30min。将预热后7075铝合金棒进行热挤压，热挤压参数为：挤压温度400℃，挤压比为16，挤压力为24吨。
此外，对单辊熔体旋转法制得的7075铝合金带材进行硬度检测，并采用GB/T 228-2010(金属材料拉伸试验室温试验方法)方法对7075热挤压铝合金棒的抗拉强度、延伸率进行检测。
图1是本实施例的铝合金挤压棒的制造技术路线流程图。图2为本实施例制备的7075铝合金带材硬度分布图。由图中可见，根据正态分布曲线可得显微维氏硬度平均值约为120Mpa。图3为此热挤压制度下得到的7075铝合金挤压棒拉伸实验应力应变曲线图，由图可得其抗拉强度达到450MPa,伸长率为22％，高于熔铸后热挤压铝合金棒的拉伸强度及延伸率率，其性能检测结果见表1。
实施例2
一种7075铝合金挤压棒的制造方法，包括步骤：
(1)利用单辊熔体旋转冷却法制备细7075铝合金带材。铜轮转速设为30m/s，熔融金属液流出至石英管口处时将其喷射至旋转铜轮表面，将熔融金属液喷射过程中与旋转铜轮的接触时间控制在2s；
(2)将7075铝合金带材机械剪碎后，满足带材碎屑平均表面积<0.5mm2，然后进行冷压压实，冷压机压力为7吨；
(3)先将冷压后的7075铝合金棒进行预热然后进行热挤压，预热温度为400℃，保温时间为30min。将预热后7075铝合金棒进行热挤压，热挤压参数为：挤压温度400℃，挤压比为16，挤压力为24吨。
此外，对单辊熔体旋转法制得的7075铝合金带材进行硬度检测，并采用GB/T 228-2010(金属材料拉伸试验室温试验方法)方法对7075热挤压铝合金棒的抗拉强度、延伸率进行检测。结果见表1。
实施例3
一种7075铝合金挤压棒的制造方法，包括步骤：
(1)利用单辊熔体旋转冷却法制备细晶7075铝合金带材。铜轮转速设为40m/s，熔融金属液流出至石英管口处时将其喷射至旋转铜轮表面，将熔融金属液喷射过程中与旋转铜轮的接触时间控制在2s；
(2)将7075铝合金带材机械剪碎后，满足带材碎屑平均表面积<0.5mm2，然后进行冷压压实，冷压机压力为7吨；
(3)先将冷压后的7075铝合金棒进行预热然后进行热挤压，预热温度为400℃，保温时间为30min。将预热后7075铝合金棒进行热挤压，热挤压参数为：挤压温度400℃，挤压比为16，挤压力为24吨。
此外，对单辊熔体旋转法制得的7075铝合金带材进行硬度检测，并采用GB/T 228-2010(金属材料拉伸试验室温试验方法)方法对7075热挤压铝合金棒的抗拉强度、延伸率进行检测。
实施例4
一种7075铝合金挤压棒的制造方法，包括步骤：
(1)利用单辊熔体旋转冷却法制备细晶7075铝合金带材，所用7075铝合金板材为T6态。铜轮转速设为30m/s，熔融金属液流出至石英管口处时将其喷射至旋转铜轮表面，将熔融金属液喷射过程中与旋转铜轮的接触时间控制在2s；
(2)将7075铝合金带材机械剪碎后，满足带材碎屑平均表面积<0.5mm2，然后进行冷压压实，冷压机压力为7吨；
(3)先将冷压后的7075铝合金棒进行预热然后进行热挤压，预热温度为400℃，保温时间为30min。将预热后7075铝合金棒进行热挤压，热挤压参数为：挤压温度为400℃，挤压比为16，挤压力为24吨。
(4)将热挤压铝合金棒进行热处理。热处理制度为：490℃固溶1.5小时，然后120℃人工时效24小时。此外，采用GB/T 228-2010(金属材料拉伸试验室温试验方法)方法对7075热挤压铝合金棒的抗拉强度、延伸率进行检测，结果见表1。
表1
铝合金热挤压棒 抗拉强度(MPa) 延伸率(％)
实施例1 450 22.0
实施例2 454 22.4
实施例3 458 22.4
实施例4 553 18.5
由表1可知，利用本发明的方法制造出的铝合金挤压棒具有较高的抗拉强度和延伸率，综合力学性能优异。

Claims (10)

1.一种7075铝合金挤压棒材的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）利用单辊熔体旋转冷却法将7075铝合金板材制成细晶7075铝合金带材；
（2）7075铝合金带材经过机械剪碎后冷压压实为7075铝合金棒；
（3）将冷压后的7075铝合金棒进行热挤压，得7075热挤压铝合金棒；
（4）将7075热挤压铝合金棒进行热处理，得T6态的7075热挤压铝合金棒。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤（1）所述7075铝合金板材为T6态。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在步骤（1）所述的单辊熔体旋转冷却制备7075铝合金带材的过程中，单辊铜轮的旋转速度为20-40m/s。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤（1）中，利用单辊熔体旋转冷却法制备7075铝合金带材时，熔融金属液流出至石英管口时将熔融金属液喷射至单辊铜轮表面。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤（1）中，利用单辊熔体旋转冷却法制备7075铝合金带材时，所述熔融金属液喷射过程中与单辊铜轮表面的接触时间在3秒以内。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤（2）中，经过机械剪碎后的7075铝合金带材的平均尺寸符合带材面积<0.5mm2；所述冷压压实7075铝合金带材碎屑的压力为6-8吨。
7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在进行步骤（3）所述热挤压之前，先将步骤（2）得到7075铝合金棒进行预热，预热温度为380℃-420℃，保温时间为20-40min。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤（3）所述热挤压过程中，热挤压参数为：挤压温度为380-420℃，挤压比为10-20，挤压力为20-30吨。
9.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤（4）所述热处理为在480℃固溶4-6h或490℃固溶1-2h，然后120℃人工时效22-26小时。
10.由权利要求1-9任一项所述的制造方法制得一种7075铝合金挤压棒材，其特征在于，该7075铝合金挤压棒材的抗拉强度≥440Mpa，延伸率大于20%。
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