一种Al-Mg-Zn-Zr铝挤压型材及其生产工艺

摘要

本发明公开一种Al‑Mg‑Zn‑Zr铝挤压型材及其生产工艺，涉及铝合金技术领域。本发明公开的一种Al‑Mg‑Zn‑Zr铝挤压型材，以质量百分比为计，所述铝挤压型材的原料为：Zn5.0～6.5％、Mg0.6～2.6％、Zr0.1～0.2％、Ti0.01～0.06％、Cu＜0.05％、Mn≤0.05％、Cr≤0.10％、Fe＜0.1％、S i＜0.05％，其余为Al及不可避免杂质；其生产工艺包括：配料，铝棒熔炼，均匀化处理，挤压成型和时效处理等步骤。本发明提供的铝挤压型材具有高的综合性能，即高强度，优异的耐应力开裂性能、耐腐蚀性和挤压加工性能，提高了生产效率，降低了生产成本。

权利要求

1.一种Al‑Mg‑Zn‑Zr铝挤压型材，其特征在于，以质量百分比为计，所述铝挤压型材的原料为：Zn5.0～6.5%、Mg0.6～2.6%、Zr0.1～0.2%、Ti0.01～0.06%、Cu＜0.05%、Mn≤0.05%、Cr≤0.10%、Fe＜0.1%、Si＜0.05%，其余为Al及不可避免杂质；

所述Al‑Mg‑Zn‑Zr铝挤压型材的生产工艺，具体包括以下步骤：

（1）配料：按质量百分比称取所需的铝挤压型材原料；

（2）铝棒熔炼：将上述称取的原料加入熔炼炉中，在温度为740～760℃下熔炼，保温0.5～1.0h，清除表面的浮渣，至710～720℃下浇铸，滤液经过流槽，在真空环境下进行在线除氢，再经过陶瓷板过滤，进行热顶盘铸造成铝棒；

（3）均匀化处理：热顶铸造后，将铝棒按工艺要求去头去尾后，进行均匀化处理，均匀化处理的温度为460～490℃，保温时间为16～20h，铝棒均匀化完毕，冷却处理至室温，得到均匀化铝棒；

（4）挤压成型：将均匀化后的铝棒切成所需要的短铝棒，采用燃气式单棒炉对铝棒进行梯温加热，前后二端温差为20℃，然后将加热好的铝棒出炉后经过热扒皮机进行热扒皮，送入挤压机的模具中进行挤压，热挤压温度为460～480℃，挤压速率为3～12m/min，挤压机出口温度为480～500℃，快速水冷，冷却后的铝材，经过滑出台、冷床进行拉伸工艺，采用0.5～2%的延伸率，对铝材进行拉伸，去掉残余应力，然后锯切，得到铝合金基材；

（5）时效处理：将上述铝合金基材进行RAA处理，RAA处理为三级时效处理，其过程为：第一级120℃×（24～48h）预时效，第二级200℃×（8～10min）回归处理，第三级120℃×（24～

36h），制得铝挤压型材。

2.根据权利要求1所述的Al‑Mg‑Zn‑Zr铝挤压型材，其特征在于，所述步骤（3）中冷却处理的步骤为：先将均匀化铝棒喷水雾冷却至300～350℃，然后空冷至常温。

3.根据权利要求1所述的Al‑Mg‑Zn‑Zr铝挤压型材，其特征在于，所述步骤（4）铝棒梯温加热过程中，铝棒尾部的温度为460～490℃，铝棒头部的温度为480～500℃。

4.根据权利要求1所述的Al‑Mg‑Zn‑Zr铝挤压型材，其特征在于，所述步骤（4）中热扒皮处理方法为：将铝棒每边去掉偏析层1.5～3mm。

5.根据权利要求1所述的Al‑Mg‑Zn‑Zr铝挤压型材，其特征在于，所述步骤（4）中快速水冷的过程为：在挤压机出口处，离模具出料口处，设立水冷引流槽，将高温铝材进行第一步快冷，随即高温铝材穿入水冷箱，水温不超过30℃，并保证大流量的水循环，使得高温型材在水箱中快速水冷至水温，高温铝材在水箱中冷却至水温的距离不能超过一米。

6.根据权利要求1所述的Al‑Mg‑Zn‑Zr铝挤压型材，其特征在于，所述步骤（5）中RAA处理过程为：第一级120℃×24h预时效，第二级200℃×8min回归处理，第三级120℃×24h。

说明书

一种Al‑Mg‑Zn‑Zr铝挤压型材及其生产工艺

技术领域

[0001] 本发明属于铝合金技术领域，尤其涉及一种Al‑Mg‑Zn‑Zr铝挤压型材及其生产工艺。

背景技术

[0002] 现有的7系铝合金为了获得较高的力学性能，提高了合金成份中的锌镁等合金元素的含量，因而其挤压加工性能相对纯铝与6系较差，在挤压成型过程中，挤压速度极慢，生产效率过低，非常容易出现条纹显著、表面精糙、开裂等挤压缺陷，致使生产效率很低，成品率低，生产成本较高。在加工过程中，7系铝合金合理的变形温度和合适的变形量窗口较窄，也是限制其成本较低的主要原因。由于7系铝合金主要应用于航空航天、国防军工、交通运输、电子电气、电脑手机等重要工业领域，其服役条件相对也为苛刻，对其强度、韧性、抗应力腐蚀性能等综合性能提出了很高的要求，同时也要求有较好的阳级氧化性能，能做出光洁细匀表面。因此对于现在7系铝合金的研究包括：1、优化合金元素；2、优化冶金工艺；3、优化时效工艺；4、缩短生产工艺流程等方面。在对7系传统合金进行改良研究的基础上，本专利的核心在于，通过优化合金元素的成分，找到了合适的熔炼、铸造、挤压及热处理工艺，解决了困扰7系中高强度合金生产效率低下生产成本高的问题，同时本专利方法所生产的铝合金，工艺流程缩短，综合性能优良，组织性能均匀，晶粒细小，经过阳级氧化处理后，表面光洁，金属光泽鲜艳，科技感强。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种Al‑Mg‑Zn‑Zr铝挤压型材及其生产工艺，其具有高的综合性能，即高强度，优异的耐应力开裂性能、耐腐蚀性和挤压加工性能，提高了生产效率，降低了生产成本。

[0004] 为了实现本发明的目的，本发明提供了一种Al‑Mg‑Zn‑Zr细晶组织铝挤压型材，以质量百分比为计，所述铝挤压型材的原料为：Zn5.0～6.5％、Mg 0.6～2.6％、Zr 0.1～0.2％、Ti 0.01～0.06％、Cu＜0.05％、Mn≤0.05％、Cr≤0.10％、Fe＜0.1％、Si＜0.05％，其余为Al及不可避免杂质。

[0005] 所述Al‑Mg‑Zn‑Zr铝挤压型材的生产工艺，具体包括以下步骤：

[0006] (1)配料：按质量百分比称取所需的铝挤压型材原料。

[0007] (2)铝棒熔炼：将上述称取的原料加入熔炼炉中，在温度为740～760℃下熔炼，保温0.5～1.0h，清除表面的浮渣，至710～720℃下浇铸，滤液经过流槽，在海德鲁真空中进行在线除氢，再经过陶瓷板过滤，进行热顶盘铸造成铝棒。

[0008] (3)均匀化处理：热顶铸造后，将铝棒按工艺要求去头去尾后，进行均匀化处理，均匀化温度为460～490℃，保温16～20h，铝棒均匀化完毕，先喷水雾冷却至350～300℃，然后空冷至常温，得到均匀化铝棒。

[0009] (4)挤压成型：将均匀化后的铝棒切成所需要的短铝棒，采用燃气式单棒炉对铝棒进行梯温加热，前后二端温差为20℃，铝棒尾部的温度为460～490℃，头部温度为480～500℃。将加热好的铝棒出炉后经过热扒皮机进行热扒皮，铝棒每边去掉偏析层约1.5‑3mm后，送入挤压机的模具中进行挤压。在挤压机出口处，离模具出料口处(离模具出料口不超过一米)，设立水冷引流槽，将高温铝材进行第一步快冷，高温铝材随即穿入水冷箱，水温不超过30℃，并保证大流量的水循环，使得高温型材在水箱中快速水冷至水温，高温铝材在水箱中冷却至水温的距离不能超过一米，快速冷却的目的是防止高温组织发生再结晶长大。冷却后的铝材，经过滑出台、冷床进行拉伸工艺，采用0.5～2％的延伸率，对铝材进行拉伸，去掉残余应力，然后锯切，得到铝合金基材。

[0010] (5)时效处理：将上述铝合金基材进行RAA处理，时效处理的制度为第一级120℃×(24～48h)预时效；第二级200℃×(8～10min)回归处理，晶界出现断续的粗大的质点，但晶内过渡相的溶解降低了合金强度；第三级是120℃×(24～36h)，晶内析出细小半共格弥散相，晶界仍是断续非共格相，因此，RRA综合了峰值和过时效优点，得到的合金强度高而且SCC好，由以上的工艺制得了铝挤压型材。

[0011] 进一步的，所述步骤(4)的挤压过程中，热挤压温度为460～480℃，挤压速率为3～12m/min，挤压机出口温度为480～500℃。

[0012] 进一步的，所述步骤(5)中RAA处理过程为：第一级120℃×24h预时效，第二级200℃×8min回归处理，第三级120℃×24h。

[0013] 本发明取得了以下有益效果：

[0014] 1、本发明在传统7系合金的工艺基础上，优化了合金成份：采用了较高的锌镁合金含量，减少了对铜元素的使用，从而获得了比同类合金更高的强度，更低的成本。

[0015] 2、本发明在较高的锌镁合金元素下，增加了锆元素的少量使用，提高了再结晶温度，提高了合金的淬透性，因而在挤压生产线上，可以采用在线淬火的方式，在较高的挤压温度下，再结晶组织在高温下及时被冷却，晶粒没有长大，从而在生产成本降低的同时，获得了细晶组织。另外也缩短了工艺流程，节省了生产成本。

[0016] 3、本发明采用了RRA热处理工艺，综合了峰值和过时效优点，得到的合金强度高而且SCC好。

[0017] 4、本发明严格控制了合金中铁硅元素含量，显著地提高高合金的断裂韧性。

[0018] 5、本发明的铝合金材料，工艺操作容易，缩短了生产流程，具有优异的热加工性能、高综合性能和低生产成本，应用范围广，值得推广。

附图说明

[0019] 图1是本发明实施例1的铝棒铸造组织图；

[0020] 图2是本发明实施例1的铝棒均匀化后组织图；

[0021] 图3是本发明实施例1的挤压成型后组织图。

具体实施方式

[0022] 下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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它实施例，都属于本发明保护的范围。

[0023] 下面结合具体实施例对本发明的Al‑Mg‑Zn‑Zr铝挤压型材及生产工艺予以说明。

[0024] 实施例1

[0025] 一种Al‑Mg‑Zn‑Zr铝挤压型材的生产工艺包括以下步骤：

[0026] (1)配料：按质量百分比称取所需的铝挤压型材的合金成分，该合金成分以质量百分比为计为：Zn 6.2％、Mg2.3％、Zr0.18％、Ti0.01～0.06％、Cu＜0.05％、Mn≤0.05％、Cr≤0.10％、Fe＜0.1％、Si＜0.05％，其余为Al及不可避免杂质。

[0027] (2)铝棒熔炼：将上述称取的原料加入熔炼炉中，在温度为740～760℃下熔炼，保温0.5～1.0h，清除表面的浮渣，至710～720℃下浇铸，铝液经过流槽，在真空环境下(海德鲁真空)进行在线除氢，再经过陶瓷板过滤，进行热顶盘铸造成铝棒。如图1所示，为铝棒铸造组织图。

[0028] (3)均匀化处理：热顶铸造后，将铝棒按工艺要求去头去尾后，进行均匀化处理，均匀化温度为460～490℃，保温16～20h，铝棒均匀化完毕，先喷水雾冷却至300～350℃，然后空冷至常温，得到均匀化铝棒。如图2所示，为铝棒均匀化后组织图。

[0029] (4)挤压成型：将均匀化后的铝棒切成所需要的短铝棒，采用燃气式单棒炉对铝棒进行梯温加热，前后二端温差为20℃，铝棒尾部的温度为460～490℃，头部温度为480～500℃。加热好的铝棒出炉后经过热扒皮机进行热扒皮，每边去掉偏析层约1.5‑3mm后，送入挤压机的模具中进行挤压，挤压速率为3～12m/min，热挤压温度保证在460～480℃，挤压机出口温度保持在480～500℃之间。在挤压机出口处，离模具出料口处(离模具出料口不超过一米)，设立水冷引流槽，将高温铝材进行第一步快冷，高温铝材随即穿入水冷箱，水温不超过30℃，并保证大流量的水循环，使得高温型材在水箱中快速水冷至水温，高温铝材在水箱中冷却至水温的距离不能超过一米，快速冷却的目的是防止高温组织发生再结晶长大。冷却后的铝材，经过滑出台，冷床进行拉伸工艺，采用0.5～2％的延伸率，对铝材进行拉伸，去掉残余应力，然后锯切，得到铝合金基材。如图3所示，为挤压成型后(即铝合金基材)组织图。

[0030] (5)时效处理：将上述铝合金基材进行RRA处理，时效处理的制度为第一级120℃×24h预时效；第二级是200℃×8min回归处理，晶界出现断续的粗大的质点，但晶内过渡相的溶解降低了合金强度；第三极是120℃×24h，晶内析出细小半共格弥散相，晶界仍是断续非共格相，因此，RRA综合了峰值和过时效优点，得到的合金强度高而且SCC好。由此工艺制得铝挤压型材。

[0031] 该铝挤压型材的力学性能为：抗拉强度506MPa，屈服强度484MPa，延伸率14.4％，硬度152HV。

[0032] 从图1‑3可以看出，本实施例的铝棒经过合理的均匀化处理，的得到了偏析很小的组织，经过挤压成型后，获得了均匀细小的再结晶组织。

[0033] 将本实施例1制得的铝挤压型材和对比例为市售的7055合金进行耐腐蚀性能对比，可以看出，本发明在剥落腐蚀实验中发生了少数起皮，出现了腐蚀坑，而7055合金表面则发生了严重的剥层现象。相应的，本发明的抗晶间腐蚀性能明显优异7055合金。

[0034] 实施例2

[0035] 一种Al‑Mg‑Zn‑Zr铝挤压型材的生产工艺包括以下步骤：

[0036] (1)配料：按质量百分比称取所需的铝挤压型材的合金成分，该合金成分以质量百分比为计为：Zn 6.1％、Mg0.85％、Zr0.15％、Ti0.01～0.06％、Mn≤0.05％、Cr≤0.10％、Fe＜0.1％，其余为Al及不可避免杂质。

[0037] (2)铝棒熔炼：将上述称取的原料加入熔炼炉中，在温度为740～760℃下熔炼，保温0.5～1.0h，清除表面的浮渣，至710～720℃下浇铸，铝液经过流槽，在海德鲁真空中进行在线除氢，再经过陶瓷板过滤，进行热顶盘铸造成铝棒。

[0038] (3)均匀化处理：热顶铸造后，将铝棒按工艺要求去头去尾后，进行均匀化处理，均匀化温度为460～490℃，保温16～20h，铝棒均匀化完毕，先喷水雾冷却至300～350℃，然后空冷至常温，得到均匀化铝棒。

[0039] (4)挤压成型：将均匀化后的铝棒切成所需要的短铝棒，采用燃气式单棒炉对铝棒进行梯温加热，前后二端温差为20℃，铝棒尾部的温度为460～490℃，头部温度为480～500℃。加热好的铝棒出炉后经过热扒皮机进行热扒皮，每边去掉偏析层约1.5‑3mm后，送入挤压机的模具中进行挤压，热挤压温度保证在460～480℃，挤压机出口温度保持在480～500℃之间。在挤压机出口处，离模具出料口处(离模具出料口不超过一米)，设立水冷引流槽，将高温铝材进行第一步快冷，高温铝材随即穿入水冷箱，水温不超过30℃，并保证大流量的水循环，使得高温型材在水箱中快速水冷至水温，高温铝材在水箱中冷却至水温的距离不能超过一米，快速冷却的目的是防止高温组织发生再结晶长大。冷却后的铝材，经过滑出台，冷床进行拉伸工艺，采用0.5～2％的延伸率，对铝材进行拉伸，去掉残余应力，然后锯切，得到铝合金基材。

[0040] (5)时效处理：将上述铝合金基材进行RRA处理，时效处理的制度为第一级120℃×48h预时效；第二级是200℃×8min回归处理，晶界出现断续的粗大的质点，但晶内过渡相的溶解降低了合金强度；第三极是120℃×24h，晶内析出细小半共格弥散相，晶界仍是断续非共格相，因此，RRA综合了峰值和过时效优点，得到的合金强度高而且SCC好。由此工艺制得铝挤压型材。

[0041] 该铝挤压型材的力学性能为：抗拉强度350MPa，屈服强度320MPa，延伸率20％，挤压速度可以达到11mm/s。

[0042] 实施例3

[0043] 一种Al‑Mg‑Zn‑Zr铝挤压型材的生产工艺包括以下步骤：

[0044] (1)配料：按质量百分比称取所需的铝挤压型材的合金成分，该合金成分以质量百分比为计为：Zn 5.8％、Mg2.0％、Zr0.10％、Ti0.01～0.06％、Fe＜0.1％，其余为Al及不可避免杂质。

[0045] (2)铝棒熔炼：将上述称取的原料加入熔炼炉中，在温度为740～760℃下熔炼，保温0.5～1.0h，清除表面的浮渣，至710～720℃下浇铸，铝液经过流槽，在海德鲁真空中进行在线除氢，再经过陶瓷板过滤，进行热顶盘铸造成铝棒。

[0046] (3)均匀化处理：热顶铸造后，将铝棒按工艺要求去头去尾后，进行均匀化处理，均匀化温度为460～490℃，保温16～20h，铝棒均匀化完毕，先喷水雾冷却至300～350℃，然后空冷至常温，得到均匀化铝棒。

[0047] (4)挤压成型：将均匀化后的铝棒切成所需要的短铝棒，采用燃气式单棒炉对铝棒进行梯温加热，前后二端温差为20℃，铝棒尾部的温度为460～490℃，头部温度为480～500℃。加热好的铝棒出炉后经过热扒皮机进行热扒皮，每边去掉偏析层约1.5‑3mm后，送入挤压机的模具中进行挤压，热挤压温度保证在460～480℃，挤压机出口温度保持在480～500℃之间。在挤压机出口处，离模具出料口处(离模具出料口不超过一米)，设立水冷引流槽，将高温铝材进行第一步快冷，高温铝材随即穿入水冷箱，水温不超过30℃，并保证大流量的水循环，使得高温型材在水箱中快速水冷至水温，高温铝材在水箱中冷却至水温的距离不能超过一米，快速冷却的目的是防止高温组织发生再结晶长大。冷却后的铝材，经过滑出台，冷床进行拉伸工艺，采用0.5～2％的延伸率，对铝材进行拉伸，去掉残余应力，然后锯切，得到铝合金基材。

[0048] (5)时效处理：将上述铝合金基材进行RRA处理，时效处理的制度为第一级120℃×24h预时效；第二级是200℃×8min回归处理，晶界出现断续的粗大的质点，但晶内过渡相的溶解降低了合金强度；第三极是120℃×36h，晶内析出细小半共格弥散相，晶界仍是断续非共格相，因此，RRA综合了峰值和过时效优点，得到的合金强度高而且SCC好。由此工艺制得铝挤压型材。

[0049] 该铝挤压型材的力学性能为：抗拉强度454MPa，屈服强度421MPa，延伸率8％，挤压速度可以达到8mm/s。

[0050] 实施例4

[0051] 一种Al‑Mg‑Zn‑Zr铝挤压型材的生产工艺包括以下步骤：

[0052] (1)配料：按质量百分比称取所需的铝挤压型材的合金成分，该合金成分以质量百分比为计为：Zn 5.0％、Mg 2.6％、Zr0.13％、Ti0.01～0.06％、Cu＜0.05％、Fe＜0.1％，其余为Al及不可避免杂质。

[0053] (2)铝棒熔炼：将上述称取的原料加入熔炼炉中，在温度为740～760℃下熔炼，保温0.5～1.0h，清除表面的浮渣，至710～720℃下浇铸，铝液经过流槽，在海德鲁真空中进行在线除氢，再经过陶瓷板过滤，进行热顶盘铸造成铝棒。

[0054] (3)均匀化处理：热顶铸造后，将铝棒按工艺要求去头去尾后，进行均匀化处理，铝棒均匀化完毕，冷却处理至室温，得到均匀化铝棒；

[0055] (4)挤压成型：将均匀化后的铝棒切成所需要的短铝棒，采用燃气式单棒炉对铝棒进行梯温加热，前后二端温差为20℃，然后将加热好的铝棒出炉后经过热扒皮机进行热扒皮，送入挤压机的模具中进行挤压，快速水冷，冷却后的铝材，经过滑出台、冷床进行拉伸工艺，采用0.5～2％的延伸率，对铝材进行拉伸，去掉残余应力，然后锯切，得到铝合金基材；

[0056] (5)时效处理：将上述铝合金基材进行RAA处理，时效处理的制度为第一级120℃×32h预时效；第二级是200℃×10min回归处理，晶界出现断续的粗大的质点，但晶内过渡相的溶解降低了合金强度；第三极是120℃×30h，晶内析出细小半共格弥散相，晶界仍是断续非共格相，因此，RRA综合了峰值和过时效优点，得到的合金强度高而且SCC好。由此工艺制得铝挤压型材。

[0057] 该铝挤压型材的力学性能为：抗拉强度475MPa，屈服强度450MPa，延伸率10.2％，挤压速度可以达到7mm/s。

[0058] 实施例5

[0059] 一种Al‑Mg‑Zn‑Zr铝挤压型材的生产工艺包括以下步骤：

[0060] (1)配料：按质量百分比称取所需的铝挤压型材的合金成分，该合金成分以质量百分比为计为：Zn 6.5％、Mg 0.6％、Zr 0.2％、Ti0.01～0.06％、Mn≤0.05％、Cr≤0.10％、Fe＜0.1％，其余为Al及不可避免杂质。

[0061] (2)铝棒熔炼：将上述称取的原料加入熔炼炉中，在温度为740～760℃下熔炼，保温0.5～1.0h，清除表面的浮渣，至710～720℃下浇铸，铝液经过流槽，在海德鲁真空中进行在线除氢，再经过陶瓷板过滤，进行热顶盘铸造成铝棒。

[0062] (3)均匀化处理：热顶铸造后，将铝棒按工艺要求去头去尾后，进行均匀化处理，铝棒均匀化完毕，冷却处理至室温，得到均匀化铝棒；

[0063] (4)挤压成型：将均匀化后的铝棒切成所需要的短铝棒，采用燃气式单棒炉对铝棒进行梯温加热，前后二端温差为20℃，然后将加热好的铝棒出炉后经过热扒皮机进行热扒皮，送入挤压机的模具中进行挤压，快速水冷，冷却后的铝材，经过滑出台、冷床进行拉伸工艺，采用2％的延伸率，对铝材进行拉伸，去掉残余应力，然后锯切，得到铝合金基材；

[0064] (5)时效处理：将上述铝合金基材进行RAA处理，时效处理的制度为第一级120℃×24h预时效；第二级是200℃×10min回归处理，晶界出现断续的粗大的质点，但晶内过渡相的溶解降低了合金强度；第三极是120℃×36h，晶内析出细小半共格弥散相，晶界仍是断续非共格相，因此，RRA综合了峰值和过时效优点，得到的合金强度高而且SCC好。由此工艺制得铝挤压型材。

[0065] 该铝挤压型材的力学性能为：抗拉强度370MPa，屈服强度335MPa，延伸率11.8％，挤压速度可以达到6mm/s。

[0066] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0067] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。