本发明属于铝合金领域，特别涉及一种提高7075铝合金挤压材性能的工艺方法。
背景技术：
7075合金因比强度高、密度低、耐蚀性优异等特点已被广泛应用于航空航天领域。在GB/T6892和AMS-QQ-A-200/11等国内外标准中，7075合金T6511状态挤压材的室温拉伸性能指标为：抗拉强度≥540MPa，屈服强度≥480MPa，断后伸长率≥7％。由于7075合金挤压难度大、生产工艺复杂，直接导致了生产效率低、生产能耗高、室温拉伸性能低等问题。为此，科研院所高校及铝加工企业进行了针对性的研究。
专利CN 1807004A《7075铝合金型材在线淬火方法》提出了一种7075铝合金型材在线淬火方法和在线淬火系统，可以实现7075铝合金型材的在线淬火，与离线淬火相比，生产效率提高且生产成本大大降低。但该专利涉及的在线中空加热炉为电阻加热或工频感应加热原理，将对挤压速度有明显限制，否则难以在短时间内将挤压材加热至440℃-490℃，因此中空加热炉长度和内径尺寸需考虑产品规格和挤压速度，对不同断面挤压材的适应性差。
专利CN 103614673A《一种可实现铝合金快速时效热处理的方法》提出了一种正反电脉冲快速时效热处理工艺，采用的时效制度为100-125℃×4-24h，缩短了峰值时效时间，提高了材料的强度，但所述实施例达到的室温抗拉性能最大为552.10MPa，屈服强度为411.27MPa，延伸率为10％，所述强度达不到GB/T6892和AMS-QQ-A-200/11中数值要求。
目前，铝挤压行业未有一种工艺方案，既能显著提高7075合金挤压材拉伸性能，又可以使生产效率较高或生产能耗较低。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的第一目的是提供一种提高7075铝合金挤压材性能的工艺方法，既能显著提高其室温拉伸性能，又能降低热处理能耗，缩短热处理时间。
本发明的第二目的在于提供适用于所述方法的合金锭材料，所述材料通过严格控制合金中各元素的含量百分比来实现合金材料优化的目的。
所述目的是通过如下方案实现的：
一种提高7075铝合金挤压材性能的工艺方法，具体工艺步骤如下：
1)加热所述7075合金材料制成的锭；
2)加热模具和挤压筒；
3)将加热后的模具和锭加入挤压机后进行挤压；
4)对挤压后的挤压材进行固溶处理；
5)对固溶处理后的挤压材淬火；
6)拉伸淬火后的挤压材；
7)对拉伸后的挤压材进行时效处理。
将淬火保温温度和时间控制在较小范围内，提高了产品质量的稳定性；固溶保温时间可根据挤压材壁厚大小进行灵活调整，利于保证最佳固溶效果；在淬火后对挤压材进行较大程度的拉伸变形，能够提高材料内部和晶界的位错密度，促进时效过程中强化相的弥散析出，与国内外标准要求相比，材料的室温拉伸强度得到了显著提高。
优选地，所述步骤1)中，将锭加热至350-410℃。
优选地，所述步骤2)中，将模具加热至420-460℃，优选地，将挤压机的挤压筒加热至410-440℃。
优选地，所述步骤3)中的挤出速度为1m/min-5m/min。
优选地，所述步骤4)中的固溶处理具体包括，将挤压后的挤压材加热至462℃-475℃进行保温，优选地，保温时间为30min-270min。
优选地，所述步骤5)中的淬火处理，具体包括，将保温后的挤压材快速放入水中进行冷却处理，冷却水温控制在50℃以下。
优选地，所述步骤6)中，沿挤压材长度方向进行2％-4.5％的拉伸。
优选地，所述步骤7)中的时效处理包括，将拉伸处理后的挤压材在110℃-150℃范围内保温13小时-16小时。
与行业内常规时效时间23小时～25小时相比，本发明大幅缩短了时效时间。
本发明中所述固溶保温温度和时间、人工时效温度和时间参数选择时，保温温度选择上限时保温时间要优先选择下限，保温温度选择下限时保温时间要优先选择上限，否则有可能导致拉伸性能达不到预期效果。
本发明的另一个方面涉及一种合金锭，所述合金包括按重量百分比计的以下组分：
Si：≤0.40％、Fe：≤0.50％、Cu：1.5-2.0％、Mn：≤0.3％、Mg：2.5-2.9％、Cr：0.20-0.28％、Zn：5.5-5.9％、Ti：≤0.2％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.本发明提供的7075合金成分配比优化了合金中各类强化相的比例，易于通过国内现有铝合金熔炼和铸造设备实现；
2.本发明的提高7075铝合金挤压材性能的工艺方法可通过普通的挤压生产设备进行批量生产，根据本发明所述合金成分配比和工艺方法生产的7075合金挤压材室温抗拉强度平均值在600MPa左右，屈服强度在540MPa左右，断后伸长率在12％左右，与国内外相关标准相比，抗拉强度和屈服强度提高50MPa，断后伸长率提高5％。时效制度由行业内普遍应用的120℃×24小时改为110℃-150℃×13-16小时，时效时间缩短至少6小时，提高了生产效率。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
生产产品为直径50mm的挤压圆棒，挤压比为10.69。
(1)合金锭加热：7075合金挤压用合金锭加热温度为410℃，所用合金锭合金成包括按重量百分比计的：
Si：0.35％、Fe：0.24％、Cu：1.53％、Mn：0.21％、Mg：2.68％、Cr：0.22％、Zn：5.82％、Ti：0.13％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。
(2)模具和挤压筒加热：挤压用模具加热温度为420℃，挤压筒温度为410℃。
(3)挤压：将温度满足要求的模具和合金锭装入挤压机，调整挤压杆速度使挤出速度控制在1-3m/min进行挤压。
(4)固溶处理：将挤压后的圆棒加热至465℃±3℃进行保温，保温时间为150min。
(5)淬火处理：将保温后的棒材快速放入水中进行冷却处理，冷却水温控制在25℃。
(6)拉伸：将冷却后的挤压圆棒沿长度方向上进行2％的拉伸。
(7)人工时效：将拉伸后的挤压圆棒在115℃±5℃范围内保温16小时进行时效处理。
实施例2
生产产品为60*10mm扁排，挤压比为15.39。
(1)合金锭加热：7075合金挤压用合金锭加热温度为400℃，所用合金锭合金成包括按重量百分比计的：
Si：0.40％、Fe：0.22％、Cu：1.98％、Mn：0.26％、Mg：2.71％、Cr：0.25％、Zn：5.75％、Ti：0.16％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。
(2)模具和挤压筒加热：挤压用模具加热温度为460℃，挤压筒温度为440℃。
(3)挤压：将温度满足要求的模具和合金锭装入挤压机，调整挤压杆速度使挤出速度控制在2-5m/min进行挤压。
(4)固溶处理：将挤压后的扁排加热至472℃±3℃进行保温，保温时间为30min。
(5)淬火处理：将保温后的扁排快速放入水中进行冷却处理，冷却水温控制在30℃。
(6)拉伸：将冷却后的挤压扁排沿长度方向上进行2.5％的拉伸。
(7)人工时效：将拉伸后的挤压扁排在145℃±5℃范围内保温13小时进行时效处理。
实施例3
生产产品为425*25mm扁排，挤压比为28.61。
(1)合金锭加热：7075合金挤压用合金锭加热温度为410℃，所用合金锭合金成包括按重量百分比计的：
Si：0.26％、Fe：0.50％、Cu：1.84％、Mn：0.25％、Mg：2.63％、Cr：0.22％、Zn：5.83％、Ti：0.11％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。
(2)模具和挤压筒加热：挤压用模具加热温度为430℃，挤压筒温度为420℃。
(3)挤压：将温度满足要求的模具和合金锭装入挤压机，调整挤压杆速度使挤出速度控制在1-3m/min进行挤压。
(4)固溶处理：将挤压后的扁排加热至467℃±3℃进行保温，保温时间为120min。
(5)淬火处理：将保温后的扁排快速放入水中进行冷却处理，冷却水温控制在45℃左右。
(6)拉伸：将冷却后的挤压扁排沿长度方向上进行3.5-4.3％的拉伸。
(7)人工时效：将拉伸后的挤压扁排在125℃±5℃范围内保温15小时进行时效处理。
实施例4
生产产品为316*22mm扁排，挤压比为16.93。
(1)合金锭加热：7075合金挤压用合金锭加热温度为365℃，所用合金锭合金成包括按重量百分比计的：
Si：0.35％、Fe：0.30％、Cu：1.66％、Mn：0.21％、Mg：2.81％、Cr：0.26％、Zn：5.54％、Ti：0.11％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。
(2)模具和挤压筒加热：挤压用模具加热温度为450℃，挤压筒温度为430℃。
(3)挤压：将温度满足要求的模具和合金锭装入挤压机，调整挤压杆速度使挤出速度控制在1.5-3.5m/min进行挤压。
(4)固溶处理：将挤压后的扁排加热至470℃±3℃进行保温，保温时间为100min。
(5)淬火处理：将保温后的扁排快速放入水中进行冷却处理，冷却水温控制在30℃左右。
(6)拉伸：将冷却后的挤压扁排沿长度方向上进行3.5-4.0％的拉伸。
(7)人工时效：将拉伸后的挤压扁排在135℃±5℃范围内保温14小时进行时效处理。
实施例5
生产产品为直径125mm圆棒，挤压比为13.29。
(1)合金锭加热：7075合金挤压圆棒用合金锭加热温度为380℃，所用合金锭合金成包括按重量百分比计的：
Si：0.35％、Fe：0.30％、Cu：1.66％、Mn：0.21％、Mg：2.81％、Cr：0.26％、Zn：5.54％、Ti：0.11％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。
(2)模具和挤压筒加热：挤压用模具加热温度为450℃，挤压筒温度为430℃。
(3)挤压：将温度满足要求的模具和合金锭装入挤压机，调整挤压杆速度使挤出速度控制在1.5-3.5m/min进行挤压。
(4)固溶处理：将挤压后的圆棒加热至465℃±3℃进行保温，保温时间为270min。
(5)淬火处理：将保温后的圆棒快速放入水中进行冷却处理，冷却水温控制在30℃左右。
(6)拉伸：将冷却后的挤压圆棒沿长度方向上进行2.5-3.5％的拉伸。
(7)人工时效：将拉伸后的挤压圆棒在130℃±5℃范围内保温16小时进行时效处理。
实施例6
生产产品为异形实心型材，米重12.19，挤压比为11.61。
(1)合金锭加热：7075合金挤压用合金锭加热温度为405℃，所用合金锭合金成包括按重量百分比计的：
Si：0.36％、Fe：0.24％、Cu：1.91％、Mn：0.25％、Mg：2.77％、Cr：0.26％、Zn：5.83％、Ti：0.14％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。
(2)模具和挤压筒加热：挤压用模具加热温度为460℃，挤压筒温度为435℃。
(3)挤压：将温度满足要求的模具和合金锭装入挤压机，调整挤压杆速度使挤出速度控制在3-5m/min进行挤压。
(4)固溶处理：将挤压后的型材加热至468℃±3℃进行保温，保温时间为150min。
(5)淬火处理：将保温后的型材快速放入水中进行冷却处理，冷却水温控制在33℃左右。
(6)拉伸：将冷却后的挤压型材沿长度方向上进行3.5-4.5％的拉伸。
(7)人工时效：将拉伸后的挤压型材在140℃±5℃范围内保温13.5小时进行时效处理。
实验例
合金成分中Si元素可提高合金液态下的流动性，还可以形成少量Mg2Si强化相，但其含量对合金最终性能影响不大，按照GB/T3190控制即可，即≤0.40％；Fe可以与Si形成AlFeSi等物相，增大挤压难度，但鉴于7075合金在熔炼过程中Fe含量的控制难度，将其按照GB/T3190控制即可，即≤0.50％；Cu元素是形成Al2Cu和Al2CuMg强化相的主要合金元素之一，含量不宜过少否则合金强度偏低，为此将其控制在上限，即1.5-2.0％；Mg元素是形成MgZn2、Al2CuMg和少量Mg2Si强化相的主要合金元素之一，为提高合金强度，应控制在上限，即2.5-2.9％；Zn为7075合金主要强化相MgZn2相的主要元素之一，必须控制在上限，即5.5-5.9％；Mn、Cr及Ti元素对控制粗晶环和细化晶粒有积极作用，按照上限或GB/T3190成分要求控制，即Mn：≤0.3％、Cr：0.20-0.28％和Ti≤0.2％。
对以上实施例所得成品取样进行室温拉伸性能试验，相应结果见表1。
表1各实施例取样的室温拉伸性能结果
从实施例试验数据可以看出，采用本发明所述工艺生产的7075合金T6态挤压材的室温抗拉强度在600MPa左右，屈服强度在490MPa左右，断后伸长率在12％左右，与国内外相关标准相比，抗拉强度和屈服强度提高50MPa，断后伸长率提高5％。同时，各实施例中的时效制度由行业内普遍应用的120℃×24小时改为110℃-150℃×13-16小时，时效时间缩短至少6小时，提高了生产效率。
对比例1
合金成分中Zn、Mg和Cu对形成MgZn2、Al2Cu及Al2CuMg强化相的数量有决定性作用，直接决定合金室温拉伸性能的高低。本对比例中，除Zn、Mg和Cu含量不符合本发明所述范围外，其余合金成分和工艺条件均与本发明实施例1所述相符。
生产产品为直径50mm的挤压圆棒，挤压比为10.69。
(1)合金锭加热：7075合金挤压用合金锭加热温度为410℃，所用合金锭合金成包括按重量百分比计的：
Si：0.35％、Fe：0.24％、Cu：1.25％、Mn：0.21％、Mg：2.38％、Cr：0.22％、Zn：5.24％、Ti：0.13％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。
(2)模具和挤压筒加热：挤压用模具加热温度为420℃，挤压筒温度为410℃。
(3)挤压：将温度满足要求的模具和合金锭装入挤压机，调整挤压杆速度使挤出速度控制在1-3m/min进行挤压。
(4)固溶处理：将挤压后的圆棒加热至465℃±3℃进行保温，保温时间为150min。
(5)淬火处理：将保温后的棒材快速放入水中进行冷却处理，冷却水温控制在25℃。
(6)拉伸：将冷却后的挤压圆棒沿长度方向上进行2％的拉伸。
(7)人工时效：将拉伸后的挤压圆棒在115℃±5℃范围内保温16小时进行时效处理。
对比例2
固溶处理保温温度和保温时间直接决定了溶质原子的固溶程度，若超出本发明所述工艺参数范围，将无法保证固溶效果，从而降低合金室温拉伸性能，或者直接导致棒材显微组织过烧报废。本对比例中固溶保温时间短于本发明所述保温时间范围的下限值，合金成分和其余工艺条件与本发明实施例2所述相同。
生产产品为60*10mm扁排，挤压比为15.39。
(1)合金锭加热：7075合金挤压用合金锭加热温度为400℃，所用合金锭合金成包括按重量百分比计的：
Si：0.31％、Fe：0.22％、Cu：1.92％、Mn：0.26％、Mg：2.71％、Cr：0.25％、Zn：5.75％、Ti：0.16％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。
(2)模具和挤压筒加热：挤压用模具加热温度为460℃，挤压筒温度为440℃。
(3)挤压：将温度满足要求的模具和合金锭装入挤压机，调整挤压杆速度使挤出速度控制在2-5m/min进行挤压。
(4)固溶处理：将挤压后的扁排加热至472℃±3℃进行保温，保温时间为20min。
(5)淬火处理：将保温后的扁排快速放入水中进行冷却处理，冷却水温控制在30℃。
(6)拉伸：将冷却后的挤压扁排沿长度方向上进行2.5％的拉伸。
(7)人工时效：将拉伸后的挤压扁排在145℃±5℃范围内保温13小时进行时效处理。
对比例3
固溶处理保温温度和保温时间直接决定了溶质原子的固溶程度，若超出本发明所述工艺参数范围，将无法保证固溶效果，从而降低合金室温拉伸性能，或者直接导致棒材显微组织过烧报废。本对比例中固溶温度高于本发明所述保温温度范围的上限值，合金成分和其余工艺条件与本发明实施例3所述相同。
生产产品为425*25mm扁排，挤压比为28.61。
(1)合金锭加热：7075合金挤压用合金锭加热温度为410℃，所用合金锭合金成包括按重量百分比计的：
Si：0.26％、Fe：0.35％、Cu：1.84％、Mn：0.25％、Mg：2.63％、Cr：0.22％、Zn：5.83％、Ti：0.11％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。
(2)模具和挤压筒加热：挤压用模具加热温度为430℃，挤压筒温度为420℃。
(3)挤压：将温度满足要求的模具和合金锭装入挤压机，调整挤压杆速度使挤出速度控制在1-3m/min进行挤压。
(4)固溶处理：将挤压后的扁排加热至485℃±3℃进行保温，保温时间为120min。
(5)淬火处理：将保温后的扁排快速放入水中进行冷却处理，冷却水温控制在45℃左右。
(6)拉伸：将冷却后的挤压扁排沿长度方向上进行3.5-4.3％的拉伸。
(7)人工时效：将拉伸后的挤压扁排在125℃±5℃范围内保温15小时进行时效处理。
对比例4
人工时效是强化相析出过程，保温温度和保温时间直接决定了析出强化相的类型、数量、尺寸，从而直接影响7075合金挤压材的室温拉伸性能。若超出本发明所述人工时效参数范围，挤压材的室温拉伸性能将达不到本发明所述600MPa/540MPa/12％。本对比例中人工时效保温温度高于本发明所述范围上限值，合金成分和其余工艺条件与本发明实施例4所述相同。
生产产品为316*22mm扁排，挤压比为16.93。
(1)合金锭加热：7075合金挤压用合金锭加热温度为365℃，所用合金锭合金成包括按重量百分比计的：
Si：0.35％、Fe：0.30％、Cu：1.66％、Mn：0.21％、Mg：2.81％、Cr：0.26％、Zn：5.54％、Ti：0.11％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。
(2)模具和挤压筒加热：挤压用模具加热温度为450℃，挤压筒温度为430℃。
(3)挤压：将温度满足要求的模具和合金锭装入挤压机，调整挤压杆速度使挤出速度控制在1.5-3.5m/min进行挤压。
(4)固溶处理：将挤压后的扁排加热至470℃±3℃进行保温，保温时间为100min。
(5)淬火处理：将保温后的扁排快速放入水中进行冷却处理，冷却水温控制在30℃左右。
(6)拉伸：将冷却后的挤压扁排沿长度方向上进行3.5-4.0％的拉伸。
(7)人工时效：将拉伸后的挤压扁排在170℃±5℃范围内保温14小时进行时效处理。
对比例5
人工时效是强化相析出过程，保温温度和保温时间直接决定了析出强化相的类型、数量、尺寸，从而直接影响7075合金挤压材的室温拉伸性能。若超出本发明所述人工时效参数范围，挤压材的室温拉伸性能将达不到本发明所述600MPa/540MPa/12％。本对比例中人工时效保温时间短于本发明所述范围下限值，合金成分和其余工艺条件与本发明实施例6所述相同。
生产产品为异形实心型材，米重12.19，挤压比为11.61。
(1)合金锭加热：7075合金挤压用合金锭加热温度为405℃，所用合金锭合金成包括按重量百分比计的：
Si：0.36％、Fe：0.24％、Cu：1.91％、Mn：0.25％、Mg：2.77％、Cr：0.26％、Zn：5.83％、Ti：0.14％，其他单个元素≤0.05％，其他杂质元素总量≤0.15％，余量为Al。
(2)模具和挤压筒加热：挤压用模具加热温度为460℃，挤压筒温度为435℃。
(3)挤压：将温度满足要求的模具和合金锭装入挤压机，调整挤压杆速度使挤出速度控制在3-5m/min进行挤压。
(4)固溶处理：将挤压后的型材加热至468℃±3℃进行保温，保温时间为150min。
(5)淬火处理：将保温后的型材快速放入水中进行冷却处理，冷却水温控制在33℃左右。
(6)拉伸：将冷却后的挤压型材沿长度方向上进行3.5-4.5％的拉伸。
(7)人工时效：将拉伸后的挤压型材在140℃±5℃范围内保温12小时进行时效处理。
对按照以上对比例工艺条件生产所得的成品进行取样，并进行室温拉伸性能测试，相应结果见表2。
从对比例的试验数据可以看出，不采用本发明所述合金成分配比或工艺参数生产的T6态7075合金挤压材的室温抗拉强度无法达到600MPa，基本维持在585MPa以下，屈服强度在525MPa及以下，未达到本发明所述工艺所能达到的540MPa，而且对比例3所生产产品拉伸性能不符合GB/T6892或AMS-QQ-A-200/11中要求。由此可见，不采用本发明所述合金成分配比或工艺参数生产T6态7075合金挤压材，不但固溶和时效热处理能耗高、时间长，而且所生产的挤压材室温拉伸性能也无法得到显著提高。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。