CN101570838B - 一种铝合金的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种既能提高6000系Al-Mg-Si-(Cu)铝合金的晶间腐蚀抗力，同时又不降低其拉伸性能的热处理方法，属于铝合金热处理技术领域。该发明首先将6000系铝合金在520℃-580℃温度范围内进行固溶处理，保温15-240分钟后淬火，然后在180℃-240℃进行第一级时效15-480分钟；第二级为130℃-170℃时效24h-2400h，最后再在180℃-240℃下时效2h-10h。与常规T6峰值时效相比，采用本发明处理的6000系铝合金，其拉伸性能不降低，同时晶间腐蚀抗力得到显著提高。
Description
技术领域
本发明属于铝合金热处理技术领域，尤其涉及一种提高6000系铝合金晶间腐蚀抗力，同时又保证不降低其拉伸性能的三级时效方法。
背景技术
6000系铝合金具有中等强度、良好的可焊性、成型性、及耐蚀性，广泛应用于航天航空、交通运输、建筑等诸多领域。该系铝合金为了获得最高强度，常进行T6峰值时效，该状态下晶内析出相虽然细小弥散，但是晶界析出相尺寸粗大并呈连续分布，因而合金强度虽高，但具有严重的晶间腐蚀倾向，严重制约了该系合金的使用范围；经T7过时效处理后，虽然晶界析出相尺寸粗大且呈不连续分布，显著改善了晶间腐蚀性能，但是晶内析出相同样发生严重长大，导致强度也显著降低，不能充分发掘合金的强度潜力。因此，开发一种不降低6000系铝合金拉伸性能，同时又能显著改善其抗晶间腐蚀性能的热处理方法，具有重要意义。对于时效硬化型铝合金来说，要获得高的拉伸性能，同时又具有较好的耐蚀性，通常需要具备这种微观组织特征：即晶内析出相数密度高且细小弥散分布，而晶界析出相呈球状且不连续分布。从热处理角度来说，要获得这种组织特征，则必须控制时效温度和时间，降低晶内析出相的长大速度，以保持合金的强度性能；而晶界析出相仍要有较快的长大速度，使其发生易于球化。
发明内容
本发明的目的是提供一种6000系铝合金的热处理方法，既能提高6000系铝合金的晶间腐蚀抗力，同时又能保证不降低其拉伸性能。
本发明主要采用三级时效来对6000系铝合金进行热处理，工艺流程如图1所示。首先在T1温度(520℃-580℃)进行固溶处理，然后在T2温度(180℃-240℃)预时效一定时间，降低温度至T3(130℃-170℃)继续低温时效，最后提高温度至T4(180℃-240℃)再时效至峰值硬度。
本发明涉及的具体工艺过程如下：
(1)首先进行固溶处理。将铝合金在520℃-580℃温度范围内保温一定时间进行固溶处理，保温时间一般在15分钟-240分钟。具体参数选择必须保证铝合金基体中的可溶相充分固溶入进基体形成溶质原子，同时又不至于造成合金晶粒尺寸过分长大，甚至出现过烧。一般来说，固溶温度越高，则固溶时间越短，反之亦然。固溶处理后进行室温水淬，以形成过饱和固溶体。
(2)第一级时效——高温预时效。将固溶处理后的铝合金在180℃-240℃范围内进行预时效，时效时间15分钟-120分钟。一般来说，预时效温度高，则时效时间要缩短短，反之亦然。预时效要保证合金处于欠时效状态，可用硬度来监控，通常为T6峰值时效硬度的60％-90％。预时效目的是在晶内析出细小弥散的强化相，并且这些强化相仍处于长大过程中；同时晶界析出相虽然连续分布，但尺寸相对T6状态较小。
(3)第二级时效——低温时效。将高温预时效后的铝合金在130℃-170℃温度下进行低温二级时效，时效时间24h-2400h。低温时效温度高，则时效时间短，反之亦然。低温时效时，一方面，预时效时未析出的晶内溶质原子将继续析出；另一方面，析出相也由于第二级时效温度较低而长大速度较慢，析出相数目比正常T6峰值时效要多，因此能很好地保持合金强度，甚至超过正常T6峰值时效的强度；而对于预时效形成的晶界析出相来说，尽管第二级时效温度较低，但晶界属于短路扩散通道，晶界析出相仍能保持较高的长大速度，因此经低温二次时效后，合金晶内析出相仍细小弥散，而晶界析出相将逐渐球化。
(4)第三级时效——高温再时效。最后再在180℃-240℃时效2h-10h。高温再时效温度越高，则时效时间要在一定程度上缩短，反之亦然。高温再时效的目的主要是进一步促进晶界析出相的球化速度，再次提高合金晶间腐蚀抗力，晶内析出相此时虽有一定长大，但低温时效形成较T6状态更多的析出相数目，因而强度仍能保持较高。
附图说明
图1三级时效示意图
T1：520℃-580℃，固溶处理；T2：180℃-240℃，预时效；
T3：130℃-170℃，低温时效；T4：180℃-240℃，高温再时效。
图2腐蚀形貌光学金相照片
(a)T6态；(b)180℃/2h+165℃/120h+180℃/6h
图3微观组织透射电镜照片
(a)T6态；(b)180℃/2h+165℃/120h+180℃/6h
图1为本发明三级时效示意图，其中T1表示固溶处理，温度在520℃-580℃之间，保温时间在15-240分钟之间；T2为第一级高温预时效，时效温度180℃-240℃，时效15-120分钟；T3表示为第二级低温时效，时效温度130℃-170℃，时效时间24h-2400h；T4表示高温再时效，时效温度180℃-240℃，时效时间2h-10h。
图2为不同热处理下6061铝合金的腐蚀形貌，从图2(a)中可以看出，T6态6061铝合金表层晶粒之间相互脱离，甚至出现部分晶粒从表面脱落的现象，呈现严重晶间腐蚀倾向，腐蚀深度为270μm。经本发明的三级时效方法，如在180℃/2h+165℃/120h+180℃/6h条件下，合金的腐蚀形貌由典型的晶间腐蚀转变成轻微点蚀，腐蚀深度也显著降低，腐蚀深度为40μm。
图3给出了不同热处理条件下的6061铝合金的微观组织的变化，从图3(a)中可以看出，T6态时效后，晶内析出相主要是GP区，晶界上则是呈连续分布的粗大条状β平衡相；而经本发明的三级时效处理后，如180℃/2h+165℃/120h+180℃/6h，晶内主要是条状的β″和β′相，且细小弥散的分布，而晶界析出相的形态也由T6态的连续分布转变球状断续的分布。正是这种微观组织特征使得6061铝合金具有高的拉伸性能。同时具有良好的抗晶间腐蚀性能。
具体实施方案
实施例1：6061铝合金轧制板材，固溶处理温度550℃，保温1小时，然后在180℃下时效8h至峰值T6状态。该状态下6061铝合金的拉伸性能见表1，晶间腐蚀形貌见附图2(a)，透射电镜组织观察见附图3(a)。
实施例2：6061铝合金固溶处理温度550℃，保温1小时，第一级为180℃下时效2h，
第二级在165℃下时效120h，第三级在180℃下时效6h。该状态下6061铝合金的拉伸性能见表1，晶间腐蚀形貌见附图2(b)，透射电镜组织观察见附图3(b)。
实施例3：6061铝合金轧制板材，固溶处理温度550℃，保温1小时，第一级为240℃下时效15min，第二级在130℃下时效2400h，第三级在180℃下时效10h。该状态6061铝合金的拉伸及腐蚀性能见表1。
实施例4：6061铝合金轧制板材，固溶处理温度550℃，保温1小时，第一级为230℃下时效30min，第二级在130℃下时效2400h，第三级在240℃下时效2h。该状态6061铝合金的拉伸及腐蚀性能见表1。
实施例5：6061铝合金轧制板材，固溶处理温度530℃，保温3小时，第一级为180℃下时效90min，第二级在150℃下时效2160h，第三级在180℃下时效10h。该状态6061铝合金的拉伸及腐蚀性能见表1。
实施例6：6061铝合金轧制板材，固溶处理温度520℃，保温4小时，第一级为240℃下时效15min，第二级在130℃下时效2400h，第三级在180℃下时效10h。该状态6061铝合金的拉伸及腐蚀性能见表1。
实施例7：6061铝合金轧制板材，固溶处理温度580℃，保温15min，第一级为210℃下时效45min，第二级在170℃下时效24h，第三级在200℃下时效4h。该状态6061铝合金的拉伸及腐蚀性能见表1。
实施例8：6061铝合金轧制板材，固溶处理温度560℃，保温90min，第一级为190℃下时效2h，第二级在160℃下时效240h，第三级在190℃下时效6h。该状态6061铝合金的拉伸及腐蚀性能见表1。
实施例9：6061铝合金轧制板材，固溶处理温度570℃，保温30min，第一级为220℃下时效30min，第二级在170℃下时效24h，第三级在220℃下时效4h。该状态6061铝合金的拉伸及腐蚀性能见表1。
实施例10：6061铝合金轧制板材，固溶处理温度540℃，保温2h，第一级为200℃下时效30min，第二级在140℃下时效1000h，第三级在240℃下时效2h。该状态6061铝合金的拉伸及腐蚀性能见表1。
从表1可以看出，经本发明所述的三级时效后，6061铝合金拉伸性能与T6峰值时效状态相比，抗拉强度相当，屈服强度略有升高，延伸率也差不多。对于晶间腐蚀性能来说，腐蚀形貌由T6态的严重晶间腐蚀，转变呈轻微点蚀，腐蚀深度也由T6态的270微米下降到40微米左右。
以上实验结果表明，通过本发明所述及的三级时效处理的6061铝合金，可实现不降低拉伸性能，同时大幅度改善其抗晶间腐蚀性能。
表1 6061铝合金轧制板材经本发明时效处理后性能与T6状态的比较
虽然本发明具体实施方案中所采用的材料为6000系铝合金的一种典型牌号-6061铝合金，但是由于不同6000系铝合金只是在化学成分上有所区别，但其时效析出相类型基本相同，这些析出相在热处理过程中析出、长大等规律也基本相同，因此本发明可以应用到其他6000系铝合金牌号中去，如6063、6111、6056、6013、6082、6005、6010等。可实施的铝合金产品类型也基本不受限制，只要根据产品厚度，选择合适的工艺参数，保证产品能均匀热透即可。
Claims (2)
1.一种铝合金的热处理方法，先进行固溶处理，固溶温度为520℃-580℃，固溶处理时间为15～240min，其特征在于：固溶处理后进行三级时效处理，具体为：在180℃-240℃的温度下进行高温预时效处理，高温预时效处理的时间为15～120min，使得铝合金的硬度达到T6峰值时效硬度的60％-90％；降低时效温度至130℃-170℃，进行低温时效，低温时效时间为24h-2400h；最后再提高温度至180℃-240℃进行高温再时效，高温再时效的时间为2h-10h；所述铝合金指6000系铝合金。
2.权利要求1所述的的铝合金的热处理方法，其特征在于：所述6000系铝合金牌号包括：6061、6063、6111、6056、6013、6082、6005或6010。
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