[发明专利]一种Al-Zn-Mg-Cu超高强铝合金及其快速挤压在线淬火生产方法

说明书

本发明公开了一种Al‑Zn‑Mg‑Cu超高强铝合金及其快速挤压在线淬火生产方法，属于铝合金材料技术领域。本发明的铝合金组分及质量百分比如下(％)：Zn：5.5‑6.5，Mg：1.8‑2.2，Cu：0.4‑0.6，Si：0.20‑0.30，Mn：0.10‑0.15，Cr：0.02‑0.06，Ti：0.03‑0.05，Zr：0.02‑0.03，Fe：<0.12，Al：余量。本发明通过合理控制合金成分范围及生产工艺，得到可挤压性好、淬火敏感性低的Al‑Zn‑Mg‑Cu铝合金铸锭，其最大挤压速度可达6m/min，并能实现在线淬火，配合三级时效等工艺控制，得到抗拉强度达500MPa以上的超高强铝合金。

技术领域

本发明属于属于铝合金材料技术领域，具体涉及一种Al-Zn-Mg-Cu超高强铝合金及其快速挤压在线淬火生产方法。

背景技术

超高强度的铝合金如7075、7050等，由于Zn、Mg、Cu等含量都较高，其可挤压性非常差，表现在变形抗力大、挤压速度很慢，最大的挤压速度在1m/min左右，再提速时会发生开裂；同时，其淬火敏感性很高，表现在其固溶温度区间很窄、淬火冷却速度要求很快，再加上挤压速度无法提升，导致产品挤压出挤压机前梁时温度已经远低于其固溶温度，因此无法在常规的生产线上实现在线淬火，目前有部分方案通过在挤压机和在线淬火装置之间加装加热保温装置，以实现7075等超高强铝合金的在线淬火，但由于未从根本上解决合金的淬火敏感性高、可挤压性差问题，所用合金的固溶温度区间很窄，而在挤压过程中产品是移动的，加装加热保温装置的方案很难控制产品的温度均匀性，容易造成产品过烧或固溶淬火不充分，同时受合金可挤压性的限制，其挤压速度很慢，因此目前尚无法大批量工业推广使用。

而目前可挤压性好、淬火敏感性较低，能够快速挤压并实现在线淬火的铝合金如6063、6005A、7020等，其强度又较低，时效后抗拉强度不超过450MPa，无法满足超高强度、轻量化的结构件使用要求。

经检索，中国专利，申请号201710240655.X，一种6101铝合金型材的制造方法，该方法通过快速挤压并在线淬火的方式，生产高强度的铝合金型材，解决了生产效率低和成品率低的问题，但该方法中成分为普通的6101合金，Zn、Mg、Cu等含量很少，同时铸锭均匀化未改进，最终的型材抗拉强度在200MPa左右，无法满足更高强度的应用需求。

中国专利，申请号201410180442.9，一种超高强度Al-Zn-Mg-Cu系铝合金大规格扁铸锭及其制造方法，该方法通过改进制造方法，不需要纯铝铺底制备出大规格、高强度、无裂纹、高铸造成功率的扁铸锭，但该方法中主要强化元素Zn、Mg、Cu的含量特别是Cu的含量较高，合金淬火敏感性高，采用的二级铸锭均匀化工艺无法兼顾快速均匀化和控制变形抗力两方面，合金可挤压性差，导致所生产的扁铸锭只能通过轧制并离线固溶淬火，无法使用快速挤压并在线淬火的方法生产最终产品。

中国专利，申请号201710518117.2，一种高速动车组车体用Al-Zn-Mg合金型材的制备工艺，该方法采用辊底连续式固溶淬火以及航空用板式三级时效炉时效进行生产能够大大提高热处理精度，同时挤压时采用梯度加热的方法，精确控制Al-Zn-Mg型材头尾温差，减小Al-Zn-Mg合金型材头部、中部、尾部性能差异，从而保证了Al-Zn-Mg型材的性能稳定性，但该方法中主要强化元素Zn、Mg、Cu的含量特别是Cu的含量较低，铸锭均匀化未改进，合金的可挤压性差，挤压速度较低且需要离线固溶淬火，虽采用了三级时效工艺但所生产的产品强度较低，无法满足更高强度的应用需求。

中国专利，申请号201810134607.7，7075铝合金型材的加工工艺及铝合金型材，该方法通过将挤压成型模具设计成具有平滑过渡的倾斜平面结合挤压温度以及进入淬火设备的间距，一方面降低了金属流动的阻碍，可以有效防止型材表面开裂，另一方面，确保产品的力学性能，得到的7075铝合金型材成品合格率达到80％及以上，但该方法使用常规的7075合金，其主要强化元素Zn、Mg、Cu的含量特别是Cu的含量较高，铸锭均匀化未改进，合金的淬火敏感性高、可挤压性差，导致挤压速度很慢无法实现快速挤压。