一种超高强Al‑Zn‑Mg‑Cu合金的热挤压工艺的制作方法

本发明涉及一种超高强Al-Zn-Mg-Cu合金的热挤压工艺，属于铝合金材料制备技术领域。

背景技术：
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Al-Zn-Mg-Cu合金以Zn、Mg、Cu为主要合金元素，属于可热处理强化铝合金，其常温强度在各系列铝合金中居首，所以也被称为超高强铝合金。Al-Zn-Mg-Cu合金具有很高的比强度和比刚度，是航空航天、交通运输领域的重要结构材料。但是，由于该系列合金的塑形和高温强度较低，导致合金在挤压过程中易出现以下问题：(1)极易出现挤压裂纹，产品成品率较低；(2)采用正向挤压时由于挤压起始和结束阶段的温度差异导致挤出材料头部和尾部的性能差异；(3)合金塑性较差，影响了合金的应用范围。因此，亟待对Al-Zn-Mg-Cu合金的挤压工艺开展系统深入的研究。

技术实现要素：
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本发明所要解决的技术问题是，本发明一种超高强Al-Zn-Mg-Cu合金的热挤压工艺，包括均匀化处理、固溶处理和时效处理，所述均匀化处理为双级均匀化处理，所述双级均匀化处理分为两步，每一步将所述Al-Zn-Mg-Cu合金铸棒放置在420±5℃保温10-12小时然后升温至470±5℃保温6-8小时，均匀化处理后所述Al-Zn-Mg-Cu合金铸棒空冷至室温；第二步将所述Al-Zn-Mg-Cu合金铸棒利用感应加热器进行梯度加热，将所述Al-Zn-Mg-Cu合金铸棒头部温度加热至410-420℃，尾部加热至390-410℃；将加热的所述Al-Zn-Mg-Cu合金铸棒利用反向挤压机进行反向挤压，挤压筒温度400-410℃，挤压机主柱塞推进速度为0.3-1.5mm/s。

作为优选，所述固溶处理温度为465-470℃保温1-2小时。

作为优选，所述时效处理分为两级时效处理，所述第一级时效处理是将所述Al-Zn-Mg-Cu合金铸棒在105-110℃保温8-10小时，所述第二级时效处理是将所述第一级时效处理后的Al-Zn-Mg-Cu合金铸棒在155-160℃保温10-12小时。

作为优选，所述Al-Zn-Mg-Cu合金的化学成分为：Zn的质量分数为8.2％～9.0％，Mg的质量分数为2.3％～2.9％，Cu的质量分数为1.6％～2.0％，Zr的质量分数为0.08％～0.15％，Ti的质量分数为0.05％～0.1％，其余组分为Al。

与现有技术相比，本发明的有益之处是：(1)合金采用双级均匀化工艺，双级均匀化优于单级均匀化，在不产生过烧的温度下，提高了非平衡过饱和固溶体和枝晶间粗大的平衡第二相的均匀程度，同时减少了第二相的体积分数，有利于提高合金的综合性能，高温均匀化比低温均匀化更能促进合金元素的溶解，为后续时效提供了较高的过饱和度利于提高合金的综合性能；(2)挤压前铸棒采用梯度加热，铸棒前端温度高，后端温度低，可以有效抵消挤压过程中的升温效应，达到等温挤压的效果，改善挤压制品的组织均匀性；(3)采用反向挤压技术，该技术特别适用于高强铝合金的生产，与常见的正向挤压相比，该技术在降低挤压力的同时还可以减少粗晶环的生成，改善挤压制品的组织性能；(4)采用优化的挤压温度、挤压速度、铸棒加热温度和挤压筒加热温度，有效减少挤压时的裂纹倾向。

附图说明：

下面结合附图对本发明进一步说明。

附图1为本发明实施例Al-Zn-Mg-Cu铝合金棒材头部的金相组织图；

附图2为本发明实施例Al-Zn-Mg-Cu铝合金棒材尾部的金相组织图；

附图3为本发明实施例Al-Zn-Mg-Cu合金铸棒成分图；

附图4为本发明实施例Al-Zn-Mg-Cu合金铸棒固溶时效处理后力学性能图；

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述，图1至图4所示的一种超高强Al-Zn-Mg-Cu合金的热挤压工艺，包括均匀化处理、固溶处理和时效处理，所述均匀化处理为双级均匀化处理，所述双级均匀化处理分为两步，每一步将所述Al-Zn-Mg-Cu合金铸棒放置在420±5℃保温10-12小时然后升温至470±5℃保温6-8小时，均匀化处理后所述Al-Zn-Mg-Cu合金铸棒空冷至室温；第二步将所述Al-Zn-Mg-Cu合金铸棒利用感应加热器进行梯度加热，将所述Al-Zn-Mg-Cu合金铸棒头部温度加热至410-420℃，尾部加热至390-410℃；将加热的所述Al-Zn-Mg-Cu合金铸棒利用反向挤压机进行反向挤压，挤压筒温度400-410℃，挤压机主柱塞推进速度为0.3-1.5mm/s。

为了保证Al-Zn-Mg-Cu合金铸棒能有一个可靠的力学性能,所述固溶处理温度为465-470℃保温1-2小时。

为了保证Al-Zn-Mg-Cu合金铸棒取得好的力学性能,所述时效处理分为两级时效处理，所述第一级时效处理是将所述Al-Zn-Mg-Cu合金铸棒在105-110℃保温8-10小时，所述第二级时效处理是将所述第一级时效处理后的Al-Zn-Mg-Cu合金铸棒在155-160℃保温10-12小时。

为了保证有Al-Zn-Mg-Cu合金铸棒有均衡的配备和获得良好的力学性能,所述Al-Zn-Mg-Cu合金的化学成分为：Zn的质量分数为8.2％～9.0％，Mg的质量分数为2.3％～2.9％，Cu的质量分数为1.6％～2.0％，Zr的质量分数为0.08％～0.15％，Ti的质量分数为0.05％～0.1％，其余组分为Al。

具体的，如图3所示的Al-Zn-Mg-Cu成份合金铸棒进行双级均匀化处理，处理工艺为420℃保温10小时然后升温至470℃保温8小时，均匀化处理后铸棒空冷至室温；将均匀化后的铸棒利用感应加热器进行梯度加热，铸棒头部温度加热至410℃，尾部加热至390℃；将加热的铸棒利用反向挤压机进行反向挤压，挤压筒温度400℃，挤压机主柱塞推进速度为0.5mm/s；将挤压后的合金进行固溶时效处理，固溶温度470℃保温1小时，时效分为两级进行，首先105℃保温8小时然后155℃保温10小时，如图4所示的Al-Zn-Mg-Cu合金铸棒固溶时效处理后的性能，由图4可知Al-Zn-Mg-Cu合金铸棒在具有优异的抗拉强度的同时具有良好的塑形，图1为使用本发明工艺挤压的铝合金棒材头部的金相组织，图2为使用本发明工艺挤压的铝合金棒材尾部的金相组织，由图1和图2所知棒材的头部和尾部组织特征基本相同，组织比较均匀。另外，利用上述工艺批量生产了1000公斤铝材，因裂纹导致的挤压产品不良率仅为0.1％。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。