2024年3月28日发(作者：广高卓)
超高强7075合金挤压及热处理工艺研究
王彦俊;刘兆伟;徐鑫;于长富;杜细亚;杨路
【摘 要】利用电子万能试验机和光学显微镜研究了不同挤压及热处理工艺条件对
7075合金挤压棒材组织及性能的影响,确定了合理的挤压和热处理工艺参数.结果
表明:采用挤压温度380±5℃,挤压速度0.5～1.0 m/min,挤压筒温度410±5℃,模
具加热400±5℃,可使粗晶层厚度及缩尾缺陷得到良好控制;固溶470℃×2.5 h,时
效145℃×12 h可使7075合金获得良好的力学性能的同时控制再结晶长大,优化
的工艺为7075合金挤压制品生产提供了参考依据.
【期刊名称】《热处理技术与装备》
【年(卷),期】2015(036)002
【总页数】5页(P55-59)
【关键词】超高强铝合金;7075合金;挤压工艺;热处理工艺
【作 者】王彦俊;刘兆伟;徐鑫;于长富;杜细亚;杨路
【作者单位】辽宁忠旺集团有限公司,辽宁辽阳 111003;辽宁忠旺集团有限公司,辽
宁辽阳 111003;辽宁忠旺集团有限公司,辽宁辽阳 111003;辽宁忠旺集团有限公司,
辽宁辽阳 111003;辽宁忠旺集团有限公司,辽宁辽阳 111003;辽宁忠旺集团有限公
司,辽宁辽阳 111003
【正文语种】中 文
【中图分类】TG166.3;TG156.94
7075合金属于Al-Zn-Mg-Cu系可热处理强化超高强度铝合金，由于具有高强度、
低密度、良好的热加工性能等优点，被广泛用于航空航天领域的主要结构材料。相
关资料表明，选择合理的挤压和热处理工艺，对挤压制品的粗晶层厚度、缩尾缺陷
及力学性能等有较大影响［1-2］。本文采用金相组织观察和力学性能分析等手段，
研究7075合金挤压和热处理工艺对材料显微组织与力学性能的影响，从而为得到
优质7075挤压制品提供最优工艺参数。
1 实验方法
1.1 实验材料及成分
采用φ300mm×650mm棒材的7075合金优质半连续铸锭作为实验材料。化学
成分满足GB/T 3190—2008标准要求，其化学成分(质量分数，%)为:5.52Zn，
2.82Mg，1.52Cu，0.20Cr，0.14Fe，0.06 Si，0.02 Mn，0.01 Ti，余量为 Al。
1.2 挤压工艺
设备采用36 MN单动挤压机，模具为φ58mm单孔棒材挤压模具，挤压比为30，
挤压速度分别为:0.5、0.9、1.3 m/min，铸棒的加热温度分别为:350、3 70、
390℃，挤压残余:60mm;制品切头2m，切尾3 m，制品定尺10 m;拉伸矫直
率:1% ～1.5%;模具加热温度:400±5℃;挤压筒加热温度:410±5℃;根据不同挤压速
度和铸棒加热温度，其余条件不变，最终选择最佳挤压工艺。
1.3 热处理工艺
固溶采用RX4-60-8型箱式电阻炉，时效采用SLH101-2型数显电热鼓风干燥箱。
有资料表明7075合金过烧温度为495℃，本实验固溶温度方案分别设为:460、
470、480℃，保温时间根据棒材直径计算选择2.5 h，水冷(水温20±5℃)。采用
单级时效温度分别为:125、135、145、155、165 ℃，保温时间分别为:8、10、
12、14 h，根据其显微组织和力学性能分析，选择最佳热处理工艺。
1.4 力学性能测试
热处理后的试样力学性能采用AG-X 100KN电子万能试验机进行测试，根据
GB/T 16865—1997标准，加工制成拉伸试样，如图1。
图1 拉伸试样Fig.1 Tensile specimen
1.5 金相组织
热处理后观察宏观组织，试样表面经机械加工后粗糙度不低于Ra3.2，腐蚀剂为
200 g/L的NaOH水溶液，时间15 min，酸洗采用体积分数25%HNO3水溶液。
观察显微组织，试样经打磨、抛光、腐蚀、腐蚀剂采用低浓度混合酸，即体积比
HF:HCl:HNO3:H2O=2:3:5:190，用AX10 ZEISS显微镜观察组织。
2 实验结果与分析
2.1 挤压工艺分析
实验的铸棒加热温度分别为350、370、390℃，挤压速度分别为 0.5、0.9、1.3
m/min;由于 7075 合金淬火敏感性较高，在线淬火很难实现，需离线淬火方能满
足性能要求，因此在线不进行淬火。综合挤压棒材表面质量、低倍粗晶层厚度、缩
尾情况及生产效率等因素，最终确定挤压工艺参数:铸棒加热温度370℃、挤压速
度0.9 m/min，其他按设计要求，具体结果见表1。挤压速度0.9 m/min条件下，
不同加热温度对产品表面和粗晶的影响见图2。
表1 不同挤压工艺对产品质量影响Table 1 Effect of different extrusion
process on product quality?
图2 不同加热温度对产品表面及粗晶影响(a)surface quality，350 ℃;(b)surface
quality，370 ℃;(c)surface quality，390 ℃;(d)coarse grain，350℃;(e)coarse
grain，370℃;(f)coarse grain，390℃Fig. 2 Effect of different heating
temperature on the surface of product and the coarse grain
2.2 力学性能分析
在不同固溶温度460、470、480℃，保温 2.5 h;时效温度145℃，保温12 h。进
行常温拉伸试验，结果如图3。在固溶保温时间不变情况下，随着固溶温度的升高，
抗拉强度、屈服强度呈先升高后降低的趋势，峰值出现在470℃，断后伸长率呈
下降趋势，因此后续实验固溶温度均设470℃。采用单级时效温度分别为 125、
135、145、155、165 ℃，保温时间分别为8、10、12、14 h，力学性能的影响
如图4所示。可见，时效温度为145℃，保温12 h，强度达到峰值。
图3 不同固溶温度对7075力学性能影响Fig.3 Effect of different solution
temperature on mechanical property
图4 不同时效温度和时间对7075力学性能影响Fig.4 Effect of different aging
temperature and holding time on mechanical property
2.3 显微组织分析
由图5(a)、5(b)、5(c)可见，不同固溶温度下，显微组织随着固溶温度的提高可溶
性第二相可固溶到基体中，形成过饱和固溶体;其中480℃固溶效果最佳，但晶粒
度和第二相有长大现象;470℃固溶可溶性第二相固溶到基体中，并形成均匀弥散细
小第二相未见长大趋势。结合图3可见，470℃固溶性能最佳;同时根据相关资料
表明［3］7075过烧温度为495℃，考虑实际生产情况，因此选择470℃为宜。
由图5(e)、5(d)、5(f)可见，随着时效温度的提高，析出强化相逐渐增多，125℃
时效为欠时效，GP区较小，基体内析出的强化相η'较少;145℃为峰值时效，GP
区长大，析出的强化相 η'均匀、细小、弥散;165℃为过时效析出相发生转变，由
η'形成与基体不共格的η相，并长大粗化。
图5 不同热处理工艺对7075合金显微组织影响(a)solid solution at 460 ℃ ×2.5
h;(b)solid solution at 470 ℃ ×2.5 h;(c)solid solution at 480 ℃ ×2.5
h;(d)aging at 125℃ ×12 h;(e)aging at 145℃ ×12 h;(f)aging at 165℃ ×12
hFig.5 Effect of different heat treatment process on microstructure of 7075
alloy
3 讨论
超高强7075合金在低温350℃挤压时，由于金属温度低、变形抗力增大、增加了
模具载荷，同时生产效率较低;随着铸棒挤压温度升高，金属的变形抗力降低，变
形不均匀性增加，使得金属与模具工作带接触处的金属晶格产生较大的畸变，原子
的位能增加，扩散的激活能降低;铸棒挤压温度达到390℃时严重影响产品表面质
量，产品的粗晶层厚度增加。而合金在低速挤压时，金属与模具工作带之间存在摩
擦，但金属变形不剧烈，所产生的变形热较少。同时由于挤压速度慢，金属与挤压
筒和模具之间热传导的时间较长，使变形热散发得较多，使金属温度上升很小，甚
至有下降趋势。但随着挤压速度的提高，一方面，由于金属与模孔工作带之间的摩
擦力，使内外层金属流速差加大，边部金属形成强烈的切变形区，在切变形区内强
烈的剪切变形使得这部分金属畸变能大大提高，从而聚集了大量的位错，有利于再
结晶的形成;另一方面切变形区金属剧烈的剪切变形同时也加剧了变形热效应，更
有利于这部分金属的再结晶形核和长大［4-5］。综合分析铸棒挤压温度在370℃、
挤压速度0.9 m/min可满足质量要求，同时生产效率也得到了提高。
通过7075合金型材的热处理实验可知，随着固溶温度的升高，可溶性第二相充分
回固到基体中，提高合金的过饱和固溶度;当达到480℃时基体内第二相粗化明显，
晶粒也有所长大，强度和延伸率都有所下降。超高强铝合金经固溶处理后必须进行
人工时效才能获得良好的强度，当时效温度为125℃时，合金主要析出相为与基
体共格的GP区;时效温度145℃时，主要析出相为与基体半共格的η'相;时效温度
165℃时，主要析出相为与基体不共格的η相并长大粗化。
综合分析，固溶温度为470℃、保温2.5 h，时效温度为145℃、保温12 h，
7075合金超强材料综合性能最佳。
4 结论
1)在产品表面质量及粗晶等问题满足设计要求的条件下，应以提高生产效率为主，
综合分析较适宜的挤压工艺为:挤压比30、挤压速度0.9 m/min、铸棒加热温度
370℃、挤压残余60mm、模具加热温度400±5℃、挤压筒加热温度410±5℃、
拉伸矫直率1% ～1.5%。
2)随着固溶温度的升高，增加可溶性第二相的固溶效果;当480℃固溶时基体晶粒
度和第二相都有长大现象，使力学性能有所降低。综合分析固溶温度选择470℃
为宜，而产品保温时间由壁厚决定为2.5 h。
3)时效温度越高，时效强化的速率越快，达到峰值强度所需时间越短，最终峰值强
度越低。当时效温度为145℃，保温12 h，材料综合性能最佳。
参考文献
［1］王祝堂，田荣璋.铝合金及其加工手册［M］.2版.长沙:中南大学出版社，
2001.
［2］张世兴，吴海宏，邓鹏辉，等.热处理制度对7075铝合金显微组织和性能的
影响［J］.材料热处理技术，2008(11):56-58.
［3］孙才，董立新，刘力菱.固溶处理对7075铝合金显微组织与力学性能的影响
［J］.材料热处理技术，2010，39(24):249-251.
［4］肖亚庆，谢水生，刘静安，等.铝加工技术实用手册［M］.西安:中国知识出
版社，2004.
［5］赵青.热处理工艺对7075铝合金组织和力学性能的影响［D］.河南:郑州大学
硕士学位论文，2012:23-39.
2024年3月28日发(作者：广高卓)
超高强7075合金挤压及热处理工艺研究
王彦俊;刘兆伟;徐鑫;于长富;杜细亚;杨路
【摘 要】利用电子万能试验机和光学显微镜研究了不同挤压及热处理工艺条件对
7075合金挤压棒材组织及性能的影响,确定了合理的挤压和热处理工艺参数.结果
表明:采用挤压温度380±5℃,挤压速度0.5～1.0 m/min,挤压筒温度410±5℃,模
具加热400±5℃,可使粗晶层厚度及缩尾缺陷得到良好控制;固溶470℃×2.5 h,时
效145℃×12 h可使7075合金获得良好的力学性能的同时控制再结晶长大,优化
的工艺为7075合金挤压制品生产提供了参考依据.
【期刊名称】《热处理技术与装备》
【年(卷),期】2015(036)002
【总页数】5页(P55-59)
【关键词】超高强铝合金;7075合金;挤压工艺;热处理工艺
【作 者】王彦俊;刘兆伟;徐鑫;于长富;杜细亚;杨路
【作者单位】辽宁忠旺集团有限公司,辽宁辽阳 111003;辽宁忠旺集团有限公司,辽
宁辽阳 111003;辽宁忠旺集团有限公司,辽宁辽阳 111003;辽宁忠旺集团有限公司,
辽宁辽阳 111003;辽宁忠旺集团有限公司,辽宁辽阳 111003;辽宁忠旺集团有限公
司,辽宁辽阳 111003
【正文语种】中 文
【中图分类】TG166.3;TG156.94
7075合金属于Al-Zn-Mg-Cu系可热处理强化超高强度铝合金，由于具有高强度、
低密度、良好的热加工性能等优点，被广泛用于航空航天领域的主要结构材料。相
关资料表明，选择合理的挤压和热处理工艺，对挤压制品的粗晶层厚度、缩尾缺陷
及力学性能等有较大影响［1-2］。本文采用金相组织观察和力学性能分析等手段，
研究7075合金挤压和热处理工艺对材料显微组织与力学性能的影响，从而为得到
优质7075挤压制品提供最优工艺参数。
1 实验方法
1.1 实验材料及成分
采用φ300mm×650mm棒材的7075合金优质半连续铸锭作为实验材料。化学
成分满足GB/T 3190—2008标准要求，其化学成分(质量分数，%)为:5.52Zn，
2.82Mg，1.52Cu，0.20Cr，0.14Fe，0.06 Si，0.02 Mn，0.01 Ti，余量为 Al。
1.2 挤压工艺
设备采用36 MN单动挤压机，模具为φ58mm单孔棒材挤压模具，挤压比为30，
挤压速度分别为:0.5、0.9、1.3 m/min，铸棒的加热温度分别为:350、3 70、
390℃，挤压残余:60mm;制品切头2m，切尾3 m，制品定尺10 m;拉伸矫直
率:1% ～1.5%;模具加热温度:400±5℃;挤压筒加热温度:410±5℃;根据不同挤压速
度和铸棒加热温度，其余条件不变，最终选择最佳挤压工艺。
1.3 热处理工艺
固溶采用RX4-60-8型箱式电阻炉，时效采用SLH101-2型数显电热鼓风干燥箱。
有资料表明7075合金过烧温度为495℃，本实验固溶温度方案分别设为:460、
470、480℃，保温时间根据棒材直径计算选择2.5 h，水冷(水温20±5℃)。采用
单级时效温度分别为:125、135、145、155、165 ℃，保温时间分别为:8、10、
12、14 h，根据其显微组织和力学性能分析，选择最佳热处理工艺。
1.4 力学性能测试
热处理后的试样力学性能采用AG-X 100KN电子万能试验机进行测试，根据
GB/T 16865—1997标准，加工制成拉伸试样，如图1。
图1 拉伸试样Fig.1 Tensile specimen
1.5 金相组织
热处理后观察宏观组织，试样表面经机械加工后粗糙度不低于Ra3.2，腐蚀剂为
200 g/L的NaOH水溶液，时间15 min，酸洗采用体积分数25%HNO3水溶液。
观察显微组织，试样经打磨、抛光、腐蚀、腐蚀剂采用低浓度混合酸，即体积比
HF:HCl:HNO3:H2O=2:3:5:190，用AX10 ZEISS显微镜观察组织。
2 实验结果与分析
2.1 挤压工艺分析
实验的铸棒加热温度分别为350、370、390℃，挤压速度分别为 0.5、0.9、1.3
m/min;由于 7075 合金淬火敏感性较高，在线淬火很难实现，需离线淬火方能满
足性能要求，因此在线不进行淬火。综合挤压棒材表面质量、低倍粗晶层厚度、缩
尾情况及生产效率等因素，最终确定挤压工艺参数:铸棒加热温度370℃、挤压速
度0.9 m/min，其他按设计要求，具体结果见表1。挤压速度0.9 m/min条件下，
不同加热温度对产品表面和粗晶的影响见图2。
表1 不同挤压工艺对产品质量影响Table 1 Effect of different extrusion
process on product quality?
图2 不同加热温度对产品表面及粗晶影响(a)surface quality，350 ℃;(b)surface
quality，370 ℃;(c)surface quality，390 ℃;(d)coarse grain，350℃;(e)coarse
grain，370℃;(f)coarse grain，390℃Fig. 2 Effect of different heating
temperature on the surface of product and the coarse grain
2.2 力学性能分析
在不同固溶温度460、470、480℃，保温 2.5 h;时效温度145℃，保温12 h。进
行常温拉伸试验，结果如图3。在固溶保温时间不变情况下，随着固溶温度的升高，
抗拉强度、屈服强度呈先升高后降低的趋势，峰值出现在470℃，断后伸长率呈
下降趋势，因此后续实验固溶温度均设470℃。采用单级时效温度分别为 125、
135、145、155、165 ℃，保温时间分别为8、10、12、14 h，力学性能的影响
如图4所示。可见，时效温度为145℃，保温12 h，强度达到峰值。
图3 不同固溶温度对7075力学性能影响Fig.3 Effect of different solution
temperature on mechanical property
图4 不同时效温度和时间对7075力学性能影响Fig.4 Effect of different aging
temperature and holding time on mechanical property
2.3 显微组织分析
由图5(a)、5(b)、5(c)可见，不同固溶温度下，显微组织随着固溶温度的提高可溶
性第二相可固溶到基体中，形成过饱和固溶体;其中480℃固溶效果最佳，但晶粒
度和第二相有长大现象;470℃固溶可溶性第二相固溶到基体中，并形成均匀弥散细
小第二相未见长大趋势。结合图3可见，470℃固溶性能最佳;同时根据相关资料
表明［3］7075过烧温度为495℃，考虑实际生产情况，因此选择470℃为宜。
由图5(e)、5(d)、5(f)可见，随着时效温度的提高，析出强化相逐渐增多，125℃
时效为欠时效，GP区较小，基体内析出的强化相η'较少;145℃为峰值时效，GP
区长大，析出的强化相 η'均匀、细小、弥散;165℃为过时效析出相发生转变，由
η'形成与基体不共格的η相，并长大粗化。
图5 不同热处理工艺对7075合金显微组织影响(a)solid solution at 460 ℃ ×2.5
h;(b)solid solution at 470 ℃ ×2.5 h;(c)solid solution at 480 ℃ ×2.5
h;(d)aging at 125℃ ×12 h;(e)aging at 145℃ ×12 h;(f)aging at 165℃ ×12
hFig.5 Effect of different heat treatment process on microstructure of 7075
alloy
3 讨论
超高强7075合金在低温350℃挤压时，由于金属温度低、变形抗力增大、增加了
模具载荷，同时生产效率较低;随着铸棒挤压温度升高，金属的变形抗力降低，变
形不均匀性增加，使得金属与模具工作带接触处的金属晶格产生较大的畸变，原子
的位能增加，扩散的激活能降低;铸棒挤压温度达到390℃时严重影响产品表面质
量，产品的粗晶层厚度增加。而合金在低速挤压时，金属与模具工作带之间存在摩
擦，但金属变形不剧烈，所产生的变形热较少。同时由于挤压速度慢，金属与挤压
筒和模具之间热传导的时间较长，使变形热散发得较多，使金属温度上升很小，甚
至有下降趋势。但随着挤压速度的提高，一方面，由于金属与模孔工作带之间的摩
擦力，使内外层金属流速差加大，边部金属形成强烈的切变形区，在切变形区内强
烈的剪切变形使得这部分金属畸变能大大提高，从而聚集了大量的位错，有利于再
结晶的形成;另一方面切变形区金属剧烈的剪切变形同时也加剧了变形热效应，更
有利于这部分金属的再结晶形核和长大［4-5］。综合分析铸棒挤压温度在370℃、
挤压速度0.9 m/min可满足质量要求，同时生产效率也得到了提高。
通过7075合金型材的热处理实验可知，随着固溶温度的升高，可溶性第二相充分
回固到基体中，提高合金的过饱和固溶度;当达到480℃时基体内第二相粗化明显，
晶粒也有所长大，强度和延伸率都有所下降。超高强铝合金经固溶处理后必须进行
人工时效才能获得良好的强度，当时效温度为125℃时，合金主要析出相为与基
体共格的GP区;时效温度145℃时，主要析出相为与基体半共格的η'相;时效温度
165℃时，主要析出相为与基体不共格的η相并长大粗化。
综合分析，固溶温度为470℃、保温2.5 h，时效温度为145℃、保温12 h，
7075合金超强材料综合性能最佳。
4 结论
1)在产品表面质量及粗晶等问题满足设计要求的条件下，应以提高生产效率为主，
综合分析较适宜的挤压工艺为:挤压比30、挤压速度0.9 m/min、铸棒加热温度
370℃、挤压残余60mm、模具加热温度400±5℃、挤压筒加热温度410±5℃、
拉伸矫直率1% ～1.5%。
2)随着固溶温度的升高，增加可溶性第二相的固溶效果;当480℃固溶时基体晶粒
度和第二相都有长大现象，使力学性能有所降低。综合分析固溶温度选择470℃
为宜，而产品保温时间由壁厚决定为2.5 h。
3)时效温度越高，时效强化的速率越快，达到峰值强度所需时间越短，最终峰值强
度越低。当时效温度为145℃，保温12 h，材料综合性能最佳。
参考文献
［1］王祝堂，田荣璋.铝合金及其加工手册［M］.2版.长沙:中南大学出版社，
2001.
［2］张世兴，吴海宏，邓鹏辉，等.热处理制度对7075铝合金显微组织和性能的
影响［J］.材料热处理技术，2008(11):56-58.
［3］孙才，董立新，刘力菱.固溶处理对7075铝合金显微组织与力学性能的影响
［J］.材料热处理技术，2010，39(24):249-251.
［4］肖亚庆，谢水生，刘静安，等.铝加工技术实用手册［M］.西安:中国知识出
版社，2004.
［5］赵青.热处理工艺对7075铝合金组织和力学性能的影响［D］.河南:郑州大学
硕士学位论文，2012:23-39.