CN110284085A - 一种同时提高7xxx铝合金强度和延伸率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种同时提高7xxx铝合金强度和延伸率的方法，涉及铝合金材料的变形及后续热处理相结合的工艺。一种同时提高7xxx铝合金强度和延伸率的方法，是将Al‑Zn‑Mg‑Cu系合金铸锭进行一次挤压，进行均匀化退火处理，再进行二次挤压，最后固溶时效处理，其中所述一次挤压为反向挤压，挤压温度在390～430℃之间，挤压比为9～16；所述二次挤压为反向挤压，挤压温度在380～450℃之间，挤压比为14～25。本发明可利用铝加工工业中的现有设备，通过改变形变热热处理工艺实现对铝合金抗拉强度和延伸率的同时提高，获得高质量的铝合金挤压。

Description

一种同时提高7xxx铝合金强度和延伸率的方法
技术领域
本发明涉及一种同时提高7xxx铝合金强度和延伸率的方法，涉及铝合金材料的变形及后续热处理相结合的工艺。
背景技术
铝合金具有轻质、高强、耐蚀、可塑等一系列优良的特点，是一种应用最为广泛的有色金属结构材料。铝合金已被广泛应用于航天、航空、汽车、机械制造、船舶、高铁、核工业、建筑、体育用品等多个领域。
伴随着新合金的开发和制备工艺的改进，铝合金的综合性能不断提高，铝合金的应用领域也不断扩展。提高铝合金综合性能的手段主要有2种，一种是利用合金化和成分优化的方法，一种是利用形变热处理的方法。形变热处理的方法主要是通过对铝合金变形及热处理过程中的工艺参数控制实现对铝合金组织性能调控的方法，对于可时效强化热处理的7xxx铝合金，先后出现了T6、T651，T77等多种形变热处理状态，这些热处理状态在一定程度上提高了7xxx铝合金的综合性能。尽管这些现有的形变热处理工艺涉及多种处理方法，但由于变形及热处理过程的工艺条件控制相当复杂，新的形变热处理方法不断出现。美国专利(专利号3,743,549)通过对7075铝合金进行先轧制变形，再进行均匀化退火，在轧制变形的形变热处理工艺控制在不降低抗拉强度的前提下显著提高了合金的延伸率和冲击韧性。此专利仅涉及的7075铝合金轧制过程形变热处理的方法，并未涉及铝合金挤压过程中进行相关形变热处理的方法。
与轧制过程的多道次变形不同，铝合金挤压多通过对铸坯进行一次挤压实现对铝合金最终形状和性能的控制。尽管这种方法可以实现形状的精确控制，但受到挤压设备能力限制，单次挤压的变形量有限，要获得较大的变形量则需进行二次挤压变形。而传统正向挤压过程挤压变形不均匀，二次挤压会造成挤压制品的组织不均匀甚至粗化，造成性能不稳定，因此，通过二次挤压提高铝合金性能的相关专利较少。与正向挤压方法不同，反向挤压可以实现挤压过程较均匀的变形，为铝合金通过二次挤压变形和相应的热处理工艺调控性能提供了可能。专利(专利号ZL201710791280.6)针对2xxx铝合金挤压变形及热处理工艺的特点，提出了一种通过二次挤压变形热处理工艺同时提高2xxx铝合金强度和延伸率综合性能的方法。
发明内容
在之前专利的基础上，本发明针对强度更高的7xxx铝合金挤压变形及热处理工艺的特点，提出了一种通过二次挤压变形热处理工艺同时提高7xxx铝合金强度和延伸率综合性能的方法。本发明的目的在于开发一种新的加工热处理技术，提供一种可同提高常规拉伸强度、延伸率的Al-Zn-Cu-Mg系合金形变热处理方法。本发明提出了一种同时提高铝合金强度、延伸率的形变热处理方法，实施方案如下：
一种同时提高7xxx铝合金强度和延伸率的方法，是将Al-Zn-Mg-Cu系合金铸锭进行一次挤压，进行均匀化退火处理，再进行二次挤压，最后固溶时效处理，其中，
所述一次挤压为反向挤压，挤压温度在390～430℃之间，挤压比为9～16；
所述二次挤压为反向挤压，挤压温度在380～450℃之间，挤压比为14～25。
本发明所述Al-Zn-Mg-Cu系合金由下述组分组成，化学成分按质量百分比为：Zn：5.1％～6.1％，Mg：2.1％～2.9％，Cu：1.2％～2％，Mn：≤0.30％，Cr：0.18％～0.28％，Fe：≤0.50％，Si：≤0.40，Ti：≤0.2％，余量为Al。
本发明所述同时提高7xxx铝合金强度和延伸率的方法中，所述均匀化退火处理在一次挤压后进行，具体为：均匀化退火温度为465℃～500℃，均匀化退火时间为12～20h，随炉冷却。
本发明所述同时提高7xxx铝合金强度和延伸率的方法中，所述固溶时效处理为：固溶处理温度为475℃～520℃，处理时间为0.5～1h；固溶后进行水淬，然后进行人工峰值时效，峰值时效温度为120℃，峰值时效时间为20～36小时。
本发明采用上述形变热处理加工方法，Al-Zn-Mg-Cu合金经过一次挤压、均匀化退火处理、二次挤压以及固溶时效形变热处理。Al-Zn-Mg-Cu合金延伸率较一次挤压提高15％以上，屈服强度和抗拉强度较一次挤压提高了2％以上。
本发明的有益效果为：本发明可利用铝加工工业中的现有设备，通过改变形变热热处理工艺实现对铝合金抗拉强度和延伸率的同时提高，获得高质量的铝合金挤压。本发明开发一种新的变形及热处理技术相结合的工艺，提供一种可以同时提高铝合金的强度和再结晶的方法。
附图说明
图1为实施例1中棒材A一次挤压后棒材的应力应变曲线；
图2为实施例1中棒材B二次挤压后板材的应力应变曲线；
图3为为实施例1中棒材A一次挤压后的偏光及自然光下的显微组织；
图4为实施例1中棒材B二次挤压后的偏光及自然光下的显微组织；
图5为实施例1中475℃固溶后的一次挤压和二次挤压试样的偏光组织；
图6为实施例1中490℃固溶后的一次挤压和二次挤压试样的偏光组织；
图7为实施例1中500℃固溶后的一次挤压和二次挤压试样的偏光组织；
图8为实施例1中510℃固溶后的一次挤压和二次挤压试样的偏光组织；
图9为实施例1中510℃固溶后的一次挤压和二次挤压试样的深腐蚀显微组织；
图10为实施例1中510℃固溶后的一次挤压和二次挤压试样自然光下的显微组织。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
Al-Zn-Mg-Cu系合金使用DC铸造的，车皮后铸锭的直径为Φ150mm，将铸锭在步进式加热炉中加热到430℃，取出铸锭，进行挤压，挤压方式为反向挤压，挤压温度为390℃，挤压速度为7mm/s，挤压比为9，挤压后的直径为Φ50mm挤压棒材。Al-Zn-Mg-Cu合金化学成分按质量百分比为：Zn：5.99％，Mg：2.51％，Cu：1.63％，Mn：0.0695％，Cr：0.251％，Fe：≤0.50％，Si：0.0342％，Ti：0.0328％，余量为Al。铝合金棒材分别采取的形变热处理方式如下。
棒材A(一次挤压试样)
将一次挤压后的Al-Zn-Mg-Cu合金棒材(直径Φ50mm)进行均匀化退火处理，均匀化退火的温度为465℃，保温时间为20h，放于空气中冷却。然后进行固溶处理，475℃、490℃、500℃、510℃、530℃，保温60min；在水中淬火，保温60min；进行人工时效，时效温度为120℃，保温时间为20h。
不同试样的拉伸性能如下：
棒材B(二次挤压试样)
将一次挤压后的Al-Zn-Mg-Cu合金进行均匀化退火处理，均匀化退火的温度为465℃，保温时间为20h，放于空气中冷却。用Φ50mm一次挤压棒材进行第二次挤压，二次挤压为反向挤压，初始温度为430℃，挤压后温度为400℃，挤压比17，挤压速度为6mm/s，随后在空气中冷却，挤压后铝合金棒材直径为Φ12mm；然后进行固溶处理，固溶处理温度为475℃、490℃、500℃、510℃、530℃，保温60min；进行人工时效，时效温度为120℃，保温时间为20h。
不同试样的拉伸性能如下：
从上述加工完成的铝合金挤压棒材中取样，来观察金相组织和偏光组织，并通过拉伸实验测得材料的屈服强度、抗拉强度和延伸率，结果见表1和2。从表中数据可以看出，经二次挤压的棒材在强度上，包括屈服强度和抗拉强度都有明显的提高，同时延伸率也有略微的提高。
实施例2
Al-Zn-Mg-Cu系合金使用DC铸造的，车皮后铸锭的直径为Φ150mm，将铸锭在步进式加热炉中加热到430℃，取出铸锭，进行挤压，挤压方式为反向挤压，挤压温度为390℃，挤压速度为7mm/s，挤压比为9，挤压后的直径为Φ50mm。Al-Zn-Mg-Cu合金化学成分按质量百分比为：Zn：5.99％，Mg：2.51％，Cu：1.63％，Mn：0.0695％，Cr：0.251％，Fe：≤0.50％，Si：0.0342％，Ti：0.0328％，余量为Al。铝合金棒材分别采取的形变热处理方式如下。
棒材C(二次挤压试样)
将一次挤压后的Al-Zn-Mg-Cu合金进行均匀化退火处理，均匀化退火的温度为465℃，保温时间为30h，放于空气中冷却。用Φ50mm一次挤压棒材进行第二次挤压，二次挤压为反向挤压，初始温度为420℃，挤压后温度为380℃，挤压比25，挤压速度为5mm/s，随后于空气中冷却，挤压后铝合金棒材直径为Φ10mm；然后进行固溶处理，490℃、500℃、510℃，保温30min；在水中淬火；进行人工时效，时效温度为120℃，保温时间为20h。
棒材C的力学性能
实施例3
Al-Zn-Mg-Cu系合金使用DC铸造的，车皮后铸锭的直径为Φ150mm，将铸锭在步进式加热炉中加热到430℃，取出铸锭，进行挤压，挤压方式为反向挤压，挤压温度为390℃，挤压速度为7mm/s，挤压比为16，挤压后的直径为Φ37.5mm的挤压棒材。Al-Zn-Mg-Cu合金化学成分按质量百分比为：Zn：5.99％，Mg：2.51％，Cu：1.63％，Mn：0.0695％，Cr：0.251％，Fe：≤0.50％，Si：0.0342％，Ti：0.0328％，余量为Al。铝合金挤压棒材采取的形变热处理方式如下。
棒材D(一次挤压试样)
将一次挤压后的Al-Zn-Mg-Cu合金进行均匀化退火处理，均匀化退火的温度为465℃，保温时间为20h，放于空气中冷却。然后进行固溶处理，固溶处理温度为510℃，保温60min；；在水中淬火，进行人工时效，时效温度为120℃，保温时间为28h。
棒材E(二次挤压试样)
将一次挤压后的Al-Zn-Mg-Cu合金进行均匀化退火处理，均匀化退火的温度为465℃，保温时间为20h，放于空气中冷却。用Φ37.5mm的一次挤压棒材进行第二次挤压，二次挤压为反向挤压，初始温度为430℃，挤压后温度为400℃，挤压速度为7mm/s，挤压比为14，随后于空气中冷却，挤压后铝合金棒材直径为Φ10mm；然后进行固溶处理，固溶处理温度为510℃，保温60min；在水中淬火，进行人工时效，时效温度为120℃，保温时间为28h。

Claims (4)

1.一种同时提高7xxx铝合金强度和延伸率的方法，其特征在于：是将Al-Zn-Mg-Cu系合金铸锭进行一次挤压，进行均匀化退火处理，再进行二次挤压，最后固溶时效处理，其中，
所述一次挤压为反向挤压，挤压温度在390～430℃之间，挤压比为9～16；
所述二次挤压为反向挤压，挤压温度在380～450℃之间，挤压比为14～25。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述Al-Zn-Mg-Cu系合金由下述组分组成，化学成分按质量百分比为：Zn：5.1％～6.1％，Mg：2.1％～2.9％，Cu：1.2％～2％，Mn：≤0.30％，Cr：0.18％～0.28％，Fe：≤0.50％，Si：≤0.40，Ti：≤0.2％，余量为Al。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述均匀化退火处理在一次挤压后进行，具体为：均匀化退火温度为465℃～500℃，均匀化退火时间为12～20h，随炉冷却。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述固溶时效处理为：固溶处理温度为475℃～520℃，处理时间为0.5～1h；固溶后进行水淬，然后进行人工峰值时效，峰值时效温度为120℃，峰值时效时间为20～36小时。
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