CN101985727A - 适应于高强铝合金厚板的热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及适应于高强铝合金厚板的热处理方法，对热加工7×××系高强铝合金进行双级强制固溶处理，即先在400℃～450℃温度下进行一级固溶处理1～3小时，再在450℃～500℃温度下进行二级强化固溶处理4～6小时；进行淬火处理冷却至室温，淬火介质为室温水；淬火处理后在1～4h内进行预拉伸，预拉伸变形量在1％～3％；进而进行高温短时时效处理，时效温度为120℃～190℃，时效时间为30min～150min；高温短时时效处理后进行淬火处理冷却至室温，淬火介质为室温水；最后再低温长时时效处理，时效温度为60℃～120℃，时效时间为18h～48h。本发明在控制厚板组织均匀性，保持超高强合金强度不降低的基础上，进一步提高合金的断裂韧性，扩大铝合金的应用范围。

Description

适应于高强铝合金厚板的热处理方法

技术领域

本方明涉及一种适应于高强铝合金厚板的热处理方法，属于铝合金热处理工艺技术领域。

背景技术

7×××系高强铝合金中厚板厚度大于60mm时，其轧制成形时总变形量及道次变形量要低于中厚板，采用目前普遍采用的高强铝合金热处理工艺，不同厚度部位存在一定的组织差异和性能差异的现象，限制了该类合金的应用范围。为了充分发挥高强铝合金的优势，需要在控制厚板组织均匀性，保持超高强合金强度不降低的基础上，进一步提高合金的断裂韧性。

7×××系高强铝合金是典型的时效强化型铝合金，通过合理的热处理使合金中形成大量的合理分布的沉淀析出相达到强韧化的目的。在现有合金的发展演变过程中，为保证或提高合金的强度，常提高合金元素的含量，而常规的固溶处理很难使析出相充分回溶，在可溶相未充分固溶的情况下，对合金的综合性能产生不利的影响。合金固溶后过饱和程度既与合金成分有关，也与固溶制度有关，因此对时效强化效果而言，提高固溶强度与增加合金元素含量的作用是类似的。

材料在进行固溶处理时，如果温度超过合金中低熔点共晶相的熔点或固相线温度时，就容易发生过烧，导致材料性能下降。而材料中的低熔点共晶相是一般多相共晶组合相，在高温时各相的溶解热力学和动力学条件不同，各相不会同时全部回溶，而是存在一定的回溶次序，当低熔点共晶相中某一相完全固溶后，剩余共晶相的共晶温度将会提高，此时即使温度达到或超过最初低熔点共晶相熔点也不会发生共晶复熔，而传统的单级固溶制度很难使合金组织中的析出相充分回溶，从而影响材料的性能。

对于一定成分的析出强化型铝合金，时效过程中造成的晶界和晶界析出相的性质、尺寸大小、分布状态以及形貌演变对合金强韧性有重要影响。其中，晶内析出相特征是控制合金强度的主要因素。晶内析出相尺寸小、密度高且不易被滑移位错切割，则有利于合金获得高强度；而晶界析出相特征则是影响合金韧性的关键因素，晶界析出相数量少，呈球状不连续分布有利于改善合金的韧性。因此如何控制时效过程中晶界和晶内析出相特征演变，使其呈最佳分布，对于提高合金强韧性发挥着至关重要的作用。

对于欠时效状态合金，由于过饱和溶质原子析出不充分，基体内强化相的密度低且尺寸小，晶界析出相体积分数也较少，因此合金的韧性较好而强度较低。

对于峰值时效状态合金，过饱和溶质原子充分析出，析出相体积分数提高且尺寸较大，合金的强度较高。但晶界的析出相体积分数也相应增加并呈连续分布，因此合金强度高而韧性较低。

近年来开发出的回归再时效热处理工艺是通过将峰值时效态的合金在较高温度(200～260℃)保温很短时间(几秒至几分钟)，使晶内强化相溶解，晶界析出相发生粗化并呈不连续分布，然后再进行一次峰值时效，使合金可以获得高的强度和较好的断裂韧性，但是该工艺回归时间很短，很难在实际工业中应用。且由于该方法需要对合金进行两次峰值时效，工艺相对复杂，能源消耗较大。

发明内容

本发明的目的是针对高强铝合金厚板不同厚度部位存在一定的组织差异和性能差异、强度较高而韧性差的问题，提供一种适应于高强铝合金厚板的热处理方法，对高强铝合金超厚规格板材的固溶热处理工艺和时效工艺进行调整，在控制厚板组织均匀性，保持超高强合金强度不降低的基础上，进一步提高合金的断裂韧性，扩大铝合金的应用范围。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

适应于高强铝合金厚板的热处理方法，包括以下步骤：

1)首先对热加工7×××系高强铝合金进行双级强制固溶处理，即先在400℃～450℃温度下进行一级固溶处理1～3小时，再在450℃～500温度下进行二级强化固溶处理4～6小时；

2)双级强制固溶后进行淬火处理冷却至室温，淬火介质为室温水；

3)淬火处理后在1～4h内进行预拉伸，预拉伸变形量在1％～3％；

4)进而进行高温短时时效处理，时效温度为120℃～190℃，时效时间为30min～150min；

5)高温短时时效处理后进行淬火处理冷却至室温，淬火介质为室温水；

6)最后再低温长时时效处理，时效温度为60℃～120℃，时效时间为18h～48h。

进一步地，上述的适应于高强铝合金厚板的热处理方法，其中，步骤2)中淬火转移时间小于10秒。

更进一步地，上述的适应于高强铝合金厚板的热处理方法，其中，步骤5)中淬火转移时间小于30秒。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明针对高强铝合金厚板不同厚度部位存在一定的组织差异和性能差异的，强度较高而韧性差的问题，对高强铝合金超厚规格板材的固溶热处理工艺和时效工艺进行调整。采用双级强制固溶处理工艺，在保证不发生明显再结晶或晶粒长大的前提下，使合金中的析出相充分回溶，提高溶质原子的过饱和度，保证后续的时效处理过程中析出相细小弥散的均匀析出。从控制时效处理工艺出发，通过先进行高温短时时效，促进晶内富溶质原子团簇和GP区的形核，高温时效工艺为120℃～190℃/30min～150min，低温时效温度为60℃～120℃。本发明在控制厚板组织均匀性，保持超高强合金强度不降低的基础上，进一步提高合金的断裂韧性，扩大铝合金的应用范围。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1为实施例3合金双级强制固溶处理后合金的金相显微组织；

图2为对比例1合金单级固溶处理后合金的金相显微组织；

图3为实施例3合金厚板(80mm)不同部位的金相显微组织。(a：上部；b：中部；c：下部)；

图4为实施例3合金的晶内及晶界析出相的透射电镜照片；

图5为对比例1合金的晶内及晶界析出相的透射电镜照片。

具体实施方式

本发明一种适用于高强铝合金厚板的热处理工艺方法，对热加工高强铝合金依次进行双级强制固溶处理、预拉伸处理、高温短时时效处理、低温长时时效处理，具体工艺流程是：

1)首先对热加工7×××系高强铝合金进行双级强制固溶处理，即先在400℃～450℃温度下进行一级固溶处理1～3小时，再在450℃～500℃温度下进行二级强化固溶处理4～6小时；在保证不发生再结晶或晶粒长大的前提下，采用双级强制固溶工艺，使合金中的析出相充分回溶，提高溶质原子的过饱和度，保证后续的时效处理过程中析出相细小弥散的均匀析出；

2)双级强制固溶后进行淬火处理冷却至室温，淬火介质为室温水，淬火转移时间小于10秒；

3)淬火处理后在1～4h内进行预拉伸，预拉伸变形量在1％～3％；

4)进而进行高温短时时效处理，时效温度为120℃～190℃，时效时间为30min～150min；

5)高温短时时效处理后进行淬火处理冷却至室温，淬火介质为室温水，淬火转移时间小于30秒；

6)最后再低温长时时效处理，时效温度为60℃～120℃，时效时间为18h～48h。

从控制时效处理工艺出发，通过先进行高温短时时效，促进晶内富溶质原子团簇和GP区的形核，并使晶界有少量的析出相，转而进行低温长时的时效处理，使晶内析出相继续形核长大，晶界析出相在低温时效过程中发生球化，扩大晶界析出相的粒子间距，在保证合金强度的基础上，显著改善高强铝合金的断裂韧性。

实施例1：

以75％热轧变形量的80mm后的7150铝合金板材为例，其化学成分(质量分数％)为Zn 6.50％，Mg 2.35％，Cu 2.15％，Zr 0.10％，Fe 0.05％，Si 0.01％，Al余量。

双级强制固溶处理：对7150合金进行双级强制固溶处理，425℃温度下进行一级固溶处理4小时，然后在460℃温度下进行二级强化固溶处理6小时。

双级强制固溶后淬火处理冷去至室温，淬火介质为室温水，淬火转移时间＜10s。

双级强制固溶淬火处理后在4h内进行预拉伸，预拉伸变形量在2％，消除淬火应力，提高合金中的位错密度。

将预拉伸后的合金在145℃时效150min，快速淬火后在80℃时效48h。

实施例2：

以75％热轧变形量的80mm后的7150铝合金板材为例，其化学成分(质量分数％)为Zn 6.50％，Mg 2.35％，Cu 2.15％，Zr 0.10％，Fe 0.05％，Si 0.01％，Al余量。

双级强制固溶处理：对7150合金进行双级强制固溶处理，435℃温度下进行一级固溶处理3小时，然后在475℃温度下进行二级强化固溶处理5小时。

双级强制固溶后淬火处理冷去至室温，淬火介质为室温水，淬火转移时间＜10s。

双级强制固溶淬火处理后在3h内进行预拉伸，预拉伸变形量在2.5％，消除淬火应力，提高合金中的位错密度。

将预拉伸后的合金在170℃时效90min，快速淬火后在100℃时效32h。

实施例3：

以75％热轧变形量的80mm后的7150铝合金板材为例，其化学成分(质量分数％)为Zn 6.50％，Mg 2.35％，Cu 2.15％，Zr 0.10％，Fe 0.05％，Si 0.01％，Al余量。

双级强制固溶处理：对7150合金进行双级强制固溶处理，450℃温度下进行一级固溶处理2小时，然后在485℃温度下进行二级强化固溶处理4小时。

双级强制固溶后淬火处理冷去至室温，淬火介质为室温水，淬火转移时间＜10s。

双级强制固溶淬火处理后在1h内进行预拉伸，预拉伸变形量在3.0％，消除淬火应力，提高合金中的位错密度。

将预拉伸后的合金在185℃时效45min，快速淬火后在120℃时效24h。

实施例4：

以75％热轧变形量的80mm后的7050铝合金板材为例，其化学成分(质量分数％)为Zn 6.25％，Mg 2.20％，Cu 2.15％，Zr 0.12％，Fe 0.10％，Si 0.05％，Al余量。

双级强制固溶处理：对7050合金进行双级强制固溶处理，435℃温度下进行一级固溶处理3小时，然后在470℃温度下进行二级强化固溶处理5.0小时。

双级强制固溶后淬火处理冷却至室温，淬火介质为室温水，淬火转移时间＜10s。

双级强制固溶淬火处理后在2h内进行预拉伸，预拉伸变形量在2.0％，消除淬火应力，提高合金中的位错密度。

将预拉伸后的合金在180℃时效60min，快速淬火后在120℃时效24h。

实施例5：

以75％热轧变形量的80mm后的7050铝合金板材为例，其化学成分(质量分数％)为Zn 6.25％，Mg 2.20％，Cu 2.15％，Zr 0.12％，Fe 0.10％，Si 0.05％，Al余量。

双级强制固溶处理：对7050合金进行双级强制固溶处理，450℃温度下进行一级固溶处理4小时，然后在485℃温度下进行二级强化固溶处理4小时。

双级强制固溶后淬火处理冷却至室温，淬火介质为室温水，淬火转移时间＜10s。

双级强制固溶淬火处理后在1h内进行预拉伸，预拉伸变形量在3.0％，消除淬火应力，提高合金中的位错密度。

将预拉伸后的合金在180℃时效60min，快速淬火后在120℃时效24h。

对比例1

以75％热轧变形量的80mm后的7150铝合金板材为例，其化学成分(质量分数％)为Zn 6.50％，Mg 2.35％，Cu 2.15％，Zr 0.10％，Fe 0.05％，Si 0.01％，Al余量。

对7150合金进行470℃/4h的固溶处理后1小时内进行预拉伸2.5％，然后进行T6峰值时效热处理(120℃/24h)。

对比例2

以80％热轧变形量的25mm后的7050铝合金板材为例，其化学成分(质量分数％)为Zn 6.25％，Mg 2.20％，Cu 2.15％，Zr 0.12％，Fe 0.10％，Si 0.05％，Al余量。

对7050合金进行475℃/4h的固溶处理后1h内进行预拉伸2.5％，然后进行T6峰值时效热处理(120℃/24h)。

上述实施例及对比例中7150、7050合金的力学性能，见表1。

表1

	Rm(Mpa)	Rp0.2(Mpa)	A(％)	KIC
					实施例1	600	570	15.5	22.80
实施例2	615	590	14.0	23.24
					实施例3	630	605	14.0	23.56
实施例4	604	582	14.9	22.85
					实施例5	608	586	14.5	22.95
对比例1	582	510	17.4	20.68
					对比例2	576	505	18.3	20.45

由表1可见，采用本发明的热处理工艺，在提高了合金强度的同时，断裂韧性有了明显的改善。

由图1、图2表明，采用本发明的双级强制固溶，合金组织中的析出相充分的回溶，增加了溶质原子的过饱和度，提高了时效后材料性能提升的潜力。

由图3表明采用本发明的热处理工艺方法，高强铝合金厚板(80mm)不同部位组织比较均匀，晶界及晶内的金属间化合物较少且分布均匀。

由图4、图5表明采用本发明的时效工艺，晶界析出相尺寸较大且呈不连续分布状态，提高了合金材料的断裂韧性。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (3)

1.适应于高强铝合金厚板的热处理方法，其特征在于包括以下步骤：

1)首先对热加工7×××系高强铝合金进行双级强制固溶处理，即先在400℃～450℃温度下进行一级固溶处理1～3小时，再在450℃～500温度下进行二级强化固溶处理4～6小时；

2)双级强制固溶后进行淬火处理冷却至室温，淬火介质为室温水；

3)淬火处理后在1～4h内进行预拉伸，预拉伸变形量在1％～3％；

4)进而进行高温短时时效处理，时效温度为120℃～190℃，时效时间为30min～150min；

5)高温短时时效处理后进行淬火处理冷却至室温，淬火介质为室温水；

6)最后再低温长时时效处理，时效温度为60℃～120℃，时效时间为18h～48h。

2.根据权利要求1所述的适应于高强铝合金厚板的热处理方法，其特征在于：步骤2)中淬火转移时间小于10秒。

3.根据权利要求1所述的适应于高强铝合金厚板的热处理方法，其特征在于：步骤5)中淬火转移时间小于30秒。

Images