本发明涉及铝合金加工领域，且特别涉及一种降低黑线比例的7075铝合金扁排制造方法及7075铝合金扁排与应用。
背景技术：
：7075合金属于al-zn-mg-cu系高强硬铝合金，由于其具有强度高、抗腐蚀强、良好的机械性能及阳极反应，在航空航天工业中得到广泛应用，尤其是作为民用飞机的重要结构材料。然而由于不同冶金相形成的微电偶，使这些航空铝合金易在含有cl-的潮湿环境中发生以点蚀和晶间腐蚀形式的局部腐蚀。为了提高7075合金耐腐蚀性能，通常对其进行阳极氧化处理。7075合金扁排经表面处理及阳极氧化处理后，在扁排厚度方向的中心部位会观察到黑色条纹缺陷(简称为黑线)，该缺陷沿制品挤压方向贯穿整个型材，严重影响产品表面质量，还会影响产品的抗腐蚀性能、抗疲劳性能及力学性能。根据文献调研，挤压制品阳极氧化黑线的形成与挤压产品各部位的组织不均匀有关，主要包括晶粒尺寸，第二相粒子种类、大小及分布。在表面处理过程中，晶粒及第二相粒子都将遭到一定程度的腐蚀，形成深浅不一、大小不均的腐蚀沟槽和腐蚀坑。在阳光照射下，不同的腐蚀沟槽和腐蚀坑对阳光的散射程度不一样，从而进入人眼的光线不一致，导致出现黑线缺陷。目前还没有能够降低或消除铝合金挤压黑线的方法或工艺，因此，需要一种行之有效的方法降低7075铝合金扁排黑线的产生比例，提高7075铝合金的抗腐蚀性能、抗疲劳性能及力学性能，满足航空需求。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种降低黑线比例的7075铝合金扁排制造方法，能够降低产品经阳极氧化处理后的黑线比例。本发明的另一目的在于提供一种7075铝合金扁排，黑线比例低，同时具备良好的耐腐蚀性能、抗疲劳性能及较佳的力学性能。本发明的另一目的在于提供一种7075铝合金扁排的应用，主要用于制造航空座椅结构件。本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本发明提出一种降低黑线比例的7075铝合金扁排制造方法，其包括以下步骤：按照7075铝合金的合金元素组成配制原料，并熔炼得到熔体，熔炼温度为730-750℃；将熔体进行在线净化处理，并铸造成铸棒，在线净化处理包括依次进行的在线细化、snif在线除气、cff板式过滤、mcf管式过滤，铸造温度为735-745℃，铸造速度为125-135mm/min；将铸棒进行均匀化处理，第一级均匀化处理是在455-465℃的条件下保温6-8h，第二级均匀化处理是在470-480℃的条件下保温20-26h，升温速率为37℃-43℃/min；将均匀化处理后的铸棒进行挤压处理得到扁排制品，铸棒温度为335-380℃，模具温度为350-380℃，挤压筒温度为350-370℃，挤压速度为0.5-1.8m/min；将扁排制品进行固溶处理，固溶温度为465-475℃，保温时间为2.0-2.5h；将固溶处理后的扁排制品进行拉伸、人工时效，时效温度为120-125℃，保温时间为20-24h。进一步地，在本发明较佳实施例中，按质量百分数计，7075铝合金的各合金元素组成包括：si：＜0.20％，fe：＜0.30％，cu：1.40％-1.60％，mn：＜0.20％，mg：2.40％-2.85％，cr：0.18％-0.26％，zn：5.30％-6.05％，ti：＜0.10％，na：＜0.0002％，ca+li：＜0.0005％，其他单个元素＜0.05％，其他杂质元素合计＜0.15％，al：余量。进一步地，在本发明较佳实施例中，熔体的制造方法为：将铝含量为99.85％的重熔铝锭、一级7075合金废料加入熔炼炉内，倒入净化处理后的高温铝液，再添加其它各合金元素组分进行熔炼，熔炼原料的质量配比为：重熔铝锭占30％-40％，一级7075合金废料占24％-28％，高温铝液占25％-35％。进一步地，在本发明较佳实施例中，snif在线除气采用双转子，转子1和转子2的氩气流量为4.0-4.3m3/h，转子1和转子2的氯气流量为0-0.098m3/h，转子1和转子2的转速为410-500/min；cff板式过滤使用30ppi+50ppi双级板式过滤。进一步地，在本发明较佳实施例中，铸造的工艺条件为：铸造冷却水流量为27-40m3/h，水压为0.08-0.12mpa，刮水器高度为185-200mm，细化丝速度为60-70cm/min，铸造的铸棒规格为长度为350-550cmm。进一步地，在本发明较佳实施例中，挤压的工艺条件为：挤压比为17-26，挤压后扁排制品的尺寸为宽285-500mm，厚22-40mm；扁排制品挤出后进入在线风冷系统，上风量调为40％-70％，下风量调为50％-80％，制品出口温度小于100℃。进一步地，在本发明较佳实施例中，固溶处理采用固溶淬火设备进行，参数设定为淬火顶部喷淋泵1流量为160-175l/s，淬火底部喷淋泵1流量为180-190l/s，淬火顶部喷淋泵2流量为170-185l/s，淬火底部喷淋泵2流量为190-200l/s，淬火传出速度为220-245mm/s。一种7075铝合金扁排，其是采用上述的降低黑线比例的7075铝合金扁排制造方法制得。进一步地，在本发明较佳实施例中，7075铝合金扁排经过阳极氧化处理后，表面局部区域黑线色差消失，其抗拉强度大于640mpa，屈服强度大于595mpa，拉伸率大于11.0％。一种上述的7075铝合金扁排的应用，7075铝合金扁排用于制造航空座椅结构件。本发明实施例的降低黑线比例的7075铝合金扁排制造方法及7075铝合金扁排与应用的有益效果是：本发明实施例的降低黑线比例的7075铝合金扁排制造方法是按照7075铝合金的合金元素组成配制原料，并熔炼得到熔体；将熔体进行在线净化处理，并铸造成铸棒；将铸棒进行均匀化处理；将均匀化处理后的铸棒进行挤压处理得到扁排制品；将扁排制品进行固溶处理；将固溶处理后的扁排制品进行拉伸、人工时效，该制造方法能够降低产品经阳极氧化处理后的黑线比例；本发明实施例的7075铝合金扁排的黑线比例低，同时具备良好的耐腐蚀性能、抗疲劳性能及较佳的力学性能；本发明实施例的7075铝合金扁排的应用主要用于制造航空座椅结构件。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本发明实施例提供的一种降低黑线比例的7075铝合金扁排制造方法的工艺流程图；图2为本发明实施例1中的7075铝合金扁排的图片；图3为对比例1中的7075铝合金扁排的图片；图4为对比例1中的7075合金扁排黑线部位的sem图；图5为对比例1中的7075合金扁排正常氧化膜的sem图。图6为图4中第二相粒子能谱分析图。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。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。下面对本发明实施例的降低黑线比例的7075铝合金扁排制造方法及7075铝合金扁排与应用进行具体说明。本发明实施例提供一种降低黑线比例的7075铝合金扁排制造方法，如图1所示，其包括以下步骤：s1熔炼：按照7075铝合金的合金元素组成配制原料，并熔炼得到熔体，熔炼温度为730-750℃，使原料完全熔化，并得到成分分布均匀的熔体。需要说明的是，在熔炼过程，需要控制好熔炼温度，熔炼过程中采用电磁搅拌。本发明对7075铝合金的化学成分进行了优化设计，在大量试验研究的基础上，确定7075铝合金的各合金元素组成按质量百分数计包括：si：＜0.20％，fe：＜0.30％，cu：1.40％-1.60％，mn：＜0.20％，mg：2.40％-2.85％，cr：0.18％-0.26％，zn：5.30％-6.05％，ti：＜0.10％，na：＜0.0002％，ca+li：＜0.0005％，其他单个元素＜0.05％，其他杂质元素合计＜0.15％，al：余量。控制fe、si杂质元素是因为其存在会导致硬脆粗大金属间化合物的形成，其难以和基体协调一致塑性变形，容易产生微裂纹或黑线缺陷，降低合金的塑性和断裂韧性及耐腐蚀性能等。要严格控制熔炼原料的配比，一方面要求投入的原料尽量纯洁，减少杂质si、fe含量，另一方面适当加入同一合金挤压废料，可促进熔炼过程形核和再结晶，起到细化晶粒的作用。熔炼原料的质量配比为：重熔铝锭占30％-40％，一级7075合金废料占24％-28％，高温铝液占25％-35％。熔体的具体制造方法为：将铝含量为99.85％的重熔铝锭、一级7075合金废料加入熔炼炉内，倒入净化处理后的高温铝液，再添加其它各合金元素组分进行熔炼，添加的合金元素可选范围有：铜板、镁锭、锌锭、高能铬、铝钛中间合金。s2在线净化处理、铸造：将熔体转移到保温炉内进行精炼处理，然后进行在线净化处理，在线净化处理包括依次进行的在线细化、snif在线除气、cff板式过滤、mcf管式过滤；将净化处理后的熔体铸造成铸棒，铸造温度为735-745℃，铸造速度为125-135mm/min。铸棒中氢含量≤0.15ml/100gal。本实施例在精炼处理时，氩气-氯气混合气体的配入比例为氩气为75％-100％，氯气为0-25％，转子转速为200-400rpm，氩气流量设定为150-200l/min，氯气流量设定为0-50l/min，精炼时间≥30min，吹扫时间2-5min。本实施例中，在线净化处理采用在线喂al-5ti-1b丝，目的是使细化剂在熔体凝固过程中通过异质形核而达到细化晶粒的作用。采用snif法熔体炉外在线处理达到除气除渣的双重作用，熔体过滤采用双级过滤，即cff-mcf联合过滤，确保高效除渣效果。具体的，snif在线除气采用双转子，转子1和转子2的氩气流量为4.0-4.3m3/h，转子1和转子2的氯气流量为0-0.098m3/h，转子1和转子2的转速为410-500/min；过滤使用30ppi+50ppi双级板式过滤。本实施例中，铸造的工艺条件为：铸造冷却水流量为27-40m3/h，水压为0.08-0.12mpa，刮水器高度为185-200mm，细化丝速度为60-70cm/min，铸造的铸棒规格为长度为350-550cmm。s3均匀化：采用双级均匀化制度将铸棒进行均匀化处理，第一级均匀化处理是在455-465℃的条件下保温6-8h，第二级均匀化处理是在470-480℃的条件下保温20-26h，升温速率为37℃-43℃/min。在铸棒均匀化装炉前应在冷段、中段、热段绑热电偶，进行温度监控，保证均匀化过程中金属温度不得超过480℃。铸棒均匀化的目的是为了使制品获得均匀的组织和性能，经高温均匀化后，铸态试样组织中粗大的骨骼状、颗粒状的黑色点状物均被细小分布的点状和片状替代，铸态组织中的第二相大部分都回溶到基体中，可以实现晶界上粗大的共晶组织和枝晶的溶解。随着均匀化程度的增加，铸棒组织中的第二相尺寸、数量随着均匀化温度和均匀化保温时间的提高而逐渐减少，晶内偏析明显减少，组织中仅存在少量的s相和含fe相。第二相经挤压在线淬火后，基体中保持了较高的过饱和度，时效后细小弥散的析出，起到强化作用，故其挤压制品的力学性能较好，同时，高温均匀化可使得挤压制品缺少抑制再结晶的粒子促进细晶产生。铸棒均质化后对锭头、锭尾的表层、1/4位置、1/2位置的晶粒形貌进行观察，测量其不同位置的平均晶粒尺寸，平均晶粒尺寸为90-140μm。经过均匀化处理后，7075合金组织内的枝晶、共晶组织均已消除，在铸棒表层、1/4、1/2位置的组织内，均存在粗大第二相(晶界)和细小析出相(晶内)，晶界相主要为椭球状al2cumg、棒状mgzn2、块状或不规则状al7cu2fe、块状或不规则状(alcufe)相、不规则状mg2si，其中椭球状al2cumg相大多聚集分布，晶内相主要针状mgzn2为均匀化过程中的析出相，尺寸约6μm以下。s4挤压：将均匀化处理后的铸棒进行挤压处理得到扁排制品，挤压前，将铸棒加热、模具加热和挤压筒加热，铸棒温度为335-380℃，模具温度为350-380℃，挤压筒温度为350-370℃，挤压速度为0.5-1.8m/min，压余为40-80mm；挤压比为17-26，挤压后扁排制品的尺寸为宽285-500mm，厚22-40mm；扁排制品挤出后进入在线风冷系统，上风量调为40％-70％，下风量调为50％-80％，制品出口温度小于100℃。挤压工艺最重要控制就是挤压温度和挤压速度，挤压温度可通过铸锭温度、挤压筒温度及挤压速度进行调整，当挤压筒温度高于铸锭加热温度时，挤压筒与铸锭之间的摩擦减小，金属的不均匀变形程度也随着降低，从而减轻了制品的粗晶环深度，因为随着挤压温度的升高，再结晶的形核率及晶粒长大速率均会增大，不利于对粗晶环的控制。挤压速度与温度的匹配可保证挤压型材的各个壁厚处形成均匀一致的晶粒组织和型材淬火的速率一致，使得型材具有一致的溶质原子浓度和形成一定的空位，有利于加速析出，形成gp区和亚稳相；人工时效后晶粒内部和晶界析出相不同形态，使得铝合金型材具有较好的耐腐蚀性能及较佳的力学性能。s5固溶处理(离线淬火)：采用卧式淬火炉将扁排制品进行固溶处理，固溶温度为465-475℃，保温时间为2.0-2.5h。卧式淬火炉参数设定为淬火顶部喷淋泵1流量为160-175l/s，淬火底部喷淋泵1流量为180-190l/s，淬火顶部喷淋泵2流量为170-185l/s，淬火底部喷淋泵2流量为190-200l/s，淬火传出速度为220-245mm/s，经观察，固溶再结晶后扁排制品第二相粒子s(al2cumg)相完全溶于基体。通过固溶处理尽可能地使7075铝合金中合金元素固溶到基体中，尽可能多地消除合金中残留的一次相以及在均匀化退火或变形过程中形成的第二相，从而使得型材制品固溶后的微观组织为含有大量亚结构组织及细小晶粒组织；通过优化固溶制度，可获得强度和韧性性能，再经过自然沉淀时效处理可使型材制品的强度、韧性得到进一步加强。s6拉伸矫直：将固溶处理后的扁排制品在2h内完成拉伸矫直，拉伸率为1.5％-3.0％，拉伸矫直后一般还会进行尺寸检验、锯切取样。拉伸的目的是使7075铝合金扁排消除固溶淬火过程中的残余应力。s7人工时效：将拉伸后的扁排制品进行人工时效，得到7075铝合金扁排，时效温度为120-125℃，保温时间为20-24h。人工时效后一般还会进行最终检验、定尺锯切，最后包装入库。人工时效的目的是将淬火后型材的不稳定的过饱和固溶体在一定的温度下，保温一定时间，使过饱和固溶体发生分解，引起合金强度和硬度的大幅度增加。本发明实施例提供一种7075铝合金扁排，其是采用上述的降低黑线比例的7075铝合金扁排制造方法制得。7075铝合金扁排经过阳极氧化处理后，表面局部区域黑线色差消失，其抗拉强度大于640mpa，屈服强度大于595mpa，拉伸率大于11.0％。本发明实施例提供一种上述的7075铝合金扁排的应用，7075铝合金扁排用于制造航空座椅结构件。以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1本实施例提供一种7075铝合金扁排，其是采用以下制备方法制得：按照7075铝合金中各合金元素质量百分数计进行配料，其中si：0.07％，fe：0.138％，cu：1.49％，mn：0.007％，mg：2.62％，cr：0.22％，zn：5.60％，ti：0.03％，na：0.0001％，ca+li：0.0002，其他：单个0.05％，合计0.15％，al：余量。原料配比为99.85％的重熔铝锭占30％，高温铝液占35％，一级7075合金废料占28％，具体是将99.85％的重熔铝锭、一级7075合金废料加入熔炼炉内，倒入净化处理后的高温铝液，添加其它各合金元素组分进行熔炼，熔炼温度为740℃，得到成分分布均匀的铝合金熔体。将上述铝合金熔体转移到保温炉内进行精炼处理，然后依次经过在线细化、snif在线除气、cff板式过滤、mcf管式过滤处理，将净化处理后的熔体铸造成棒。snif在线除气采用双转子，转子1和转子2的氩气流量为4.0m3/h，转子1和转子2的氯气流量为0.09m3/h，转子转速为450/min；使用30ppi+50ppi双级板式过滤；铸造冷却水流量为35m3/h，水压为0.10mpa，刮水器高度为190mm，细化丝速度为65cm/min，铸造温度为739℃，铸造速度为130mm/min铸造铸棒规格为铸造长度为550cm，得到铝合金铸棒，铝合金铸棒中氢含量0.10ml/100gal。采用双级均匀化制度对铝合金铸棒进行均质处理得到均质铸棒，第一级均匀化处理是在465℃的条件下保温8h，第二级均匀化处理是在474℃的条件下保温24h，升温速率为38℃/min。经观察，均匀化处理后铸棒平均晶粒尺寸为120μm；晶界相主要为椭球状al2cumg、棒状mgzn2、块状或不规则状、块状或不规则状(alcufe)相、不规则状mg2si。将均质铸棒进行挤压处理得到扁排制品，铸棒温度为345℃，模具温度为350℃，挤压筒温度为360℃，挤压速度为1.3m/min；扁排挤压比为20，挤压后扁排尺寸为宽300mm，厚25mm，扁排制品挤出后进入在线风冷系统，上风量调为60％，下风量调为80％，制品出口温度小于100℃。采用卧式淬火炉将挤压后的扁排制品进行固溶处理，固溶温度为475℃，保温时间为2.0h；卧式淬火炉参数设定为淬火顶部喷淋泵1流量175l/s，淬火底部喷淋泵1流量190l/s，淬火顶部喷淋泵2流量185l/s，淬火底部喷淋泵2流量200l/s，淬火传出速度为245mm/s，固溶再结晶后扁排制品第二相粒子s(al2cumg)相完全溶于基体。固溶处理后的扁排在2h内完成拉伸矫直，拉伸率为2.5％。将拉伸后的扁排进行人工时效，时效温度为122℃，保温时间为24h，最终获得7075铝合金扁排。实施例2本实施例提供一种7075铝合金扁排，其制备方法与实施例1的制备方法大致相同，除合金成分按如下配比外，其余工艺参数均按实施例1执行。本实施例的7075铝合金中各合金元素组成为：si：0.080％，fe：0.120％，cu：1.55％，mn：0.010％，mg：2.74％，cr：0.20％，zn：5.82％，ti：0.05％，na：0.0001％，ca+li：0.0002，其他：单个0.05％，合计0.15％，al：余量。最终获得7075铝合金扁排。实施例3本实施例提供一种7075铝合金扁排，其制备方法与实施例1的制备方法大致相同，不同之处在于：挤压铸棒温度为365℃，挤压温度为0.8m/min，固溶淬火设备参数设定为淬火顶部喷淋泵1流量160l/s，淬火底部喷淋泵1流量180l/s，淬火顶部喷淋泵2流量170l/s，淬火底部喷淋泵2流量190l/s，淬火传出速度为220mm/s外。最终获得7075铝合金扁排。对比例1对比例1提供一种常规的7075铝合金扁排，其制备方法中的合金元素控制、净化处理、铸造、均匀化、挤压和固溶处理均按照常规参数进行。一、对7075铝合金扁排的黑线处进行分析。先分别将实施例1、对比例1的7075铝合金扁排经过阳极氧化处理，处理后的对比例1的7075合金扁排如图2所示，处理后的实施例1的7075合金扁排如图3所示。从图2中可以看出，对比例1的7075铝合金扁排带有明显黑线，从图3中可以看出，实施例1的7075铝合金扁排不带明显黑线。采用扫描电镜观察处理后的对比例1的7075合金扁排黑线处及正常氧化膜的图片。具体参见图4和图5所示，图4为7075合金扁排黑线处的sem图片，图5为7075合金扁排正常氧化膜的sem图片。从图4中可以看出，扁排黑线部位存在大量密集且具有一定深度的腐蚀坑，在腐蚀坑的正下方对应位置处观察到沿挤压方向分布的大量第二相粒子。从图5中可以看出，正常位置处的氧化膜则相对较平坦，虽也观察到个别腐蚀坑，但其深度较浅，在腐蚀坑的正下方对应位置处观察到很少量的第二相粒子。对比分析图4和图5，扁排黑条部位的氧化膜存在大量密集且具有一定深度的腐蚀坑；而正常位置处的氧化膜则相对较平坦，虽也观察到个别腐蚀坑，但其深度较浅。在腐蚀坑的正下方对应位置处观察到沿挤压方向分布的大量第二相粒子，这些第二相粒子中包括大量含fe化合物(包括al7cu2fe、(alcufe)相)、部分s-al2cumg相及mg2si相，图6为图4中第二相粒子的能谱成分分析，从图6中可以看出，扁排黑线部位的第二相粒子中包括大量含fe化合物(包括al7cu2fe及(alcufe))、部分s-al2cumg相及mg2si相，第二相粒子能谱分析结果如表1所示。表1第二相粒子能谱分析结果编号alcufezncrsimgti相177.683.9115.081.410.231.120.58alcufe251.0421.921.452.3223.26al2cumg368.782.176.232.430.233.7913.382.99mg2si根据图6的分析结果，这些第二相粒子的电极电位不同，在阳极氧化过程中将发生不同程度的溶解，形成大小、深浅不一的凹坑从而使自然光发生漫散射，造成视觉所见的条纹缺陷。二、对实施例1-3、对比例1的7075铝合金扁排进行性能检测。按照ams-qq-a-200标准进行应力腐蚀裂纹测试，选样的标准应能在相对于晶粒流动的短横方向上施加指定的拉伸应力，并保持恒定拉紧，应力水平应为纵向屈服强度的75％，在腐蚀介质中暴露时间为20天，结果如表1所示。表2试验检测结果通过上表可以看出，按照本发明实施例的工艺方法得到的7075铝合金扁排应力腐蚀均无裂纹，抗拉强度大于612mpa，屈服强度大于539mpa，伸长率大于13.0％，各项性能指标均高于标准要求。综上所述，本发明实施例的降低黑线比例的7075铝合金扁排制造方法能够降低产品经阳极氧化处理后的黑线比例；本发明实施例的7075铝合金扁排的黑线比例低，同时具备良好的耐腐蚀性能、抗疲劳性能及较佳的力学性能；本发明实施例的7075铝合金扁排的应用主要用于制造航空座椅结构件。以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。当前第1页12