CN103060638A - 一种Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Er合金的双级时效工艺 - Google Patents

一种Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Er合金的双级时效工艺 Download PDF

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Abstract

一种Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Er合金的双级时效工艺，属于有色金属技术领域。将Al-5.6Zn-2.6Mg-1.5Cu-0.2Zr-0.2Er铝合金进行470℃/2h固溶处理，然后在水中淬火；进行双级时效热处理：一级为（105~135℃）x（5~7h）；二级为（150~170℃）x（12~18h）。本发明所得合金具有高强韧性和良好剥落腐蚀性能。

Description

一种Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Er合金的双级时效工艺
技术领域
本发明属于有色金属技术领域，具体涉及Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Er合金的双级时效工艺。
背景技术
文献调查结果表明，铝合金由于自身具有低的密度、高的比强度、好的韧性和较好的耐蚀性等特点而广泛应用于航空、航天、交通运输工业以及机械、电子、建筑和家用电器等领域，在国民经济和国防建设中具有不可替代的重要作用。Al-Zn-Mg-Cu系（7xxx系）合金是高强变形铝合金的典型代表，是航空航天及军工领域极具应用前景的轻质结构材料。但是高强铝合金的应用往往由于其韧性低、腐蚀性差等而受到限制，在保证其高强度的条件下提高Al-Zn-Mg-Cu系合金的韧性和耐腐蚀性是一个重要的研究课题。目前有效的方法是通过各种途径调控材料的微观组织结构，如在Al-Zn-Mg-Cu系合金中通过成分设计、细化晶粒、减少杂质元素含量及改善热处理工艺等来改善合金组织，提高其综合性能。工业铝合金中主合金元素成分已形成标准体系，从主合金元素的调整来提高合金综合性能已达到一定限度，大量研究表明，某些元素少量甚至痕量的存在会显著影响铝合金的微观组织和综合性能。本专利是向Al-Zn-Mg-Cu系合金添加适量的微合金元素Zr、Er，形成高热稳定性的弥散粒子，抑制再结晶，同时再发展适合的多级时效热处理工艺调控晶内、晶界析出相的分布、形貌和数量，来提高合金的强韧性和耐蚀性，从而使合金具有良好的综合性能。
发明内容
本发明的目的在于提出适用于Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Er合金的双级时效工艺，通过微合金化，向合金中添加适量的Zr、Er，使其在基体中形成高热稳定性弥散Al3（Er1-x，Zrx）粒子，抑制再结晶，同时发展适合的双级时效热处理工艺调整晶内、晶界析出相的分布、形貌和数量，从而获得一种具有高强韧性和良好剥落腐蚀性能的Al-5.6Zn-2.6Mg-1.5Cu-0.2Zr-0.2Er合金。
本发明所提出的Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Er合金的双级时效工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）此Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Er合金的名义成分为Al-5.6Zn-2.6Mg-1.5Cu-0.2Zr-0.2Er，具体包括：Zn5.6%，Mg2.6%，Cu1.5%，Zr0.2%，Er0.2%，Mn0.15%（质量百分含量），余量为Al及不可避免的杂质，如Fe和Si等；
（2）对Al-5.6Zn-2.6Mg-1.5Cu-0.2Zr-0.2Er铝合金进行470℃/2h固溶处理（即在470℃固溶处理2h），然后在室温水中淬火；
（3）对步骤（2）获得的Al-5.6Zn-2.6Mg-1.5Cu-0.2Zr-0.2Er铝合金进行双级时效热处理：
A、第一级时效热处理：将步骤（2）获得的铝合金于105~135℃保温5~7h；
B、第二级时效热处理：将步骤A获得的铝合金于150~170℃保温12~18h。
优选的双级时效工艺是将Al-5.6Zn-2.6Mg-1.5Cu-0.2Zr-0.2Er合金于105℃保温5h，再于170℃保温12h。
附图说明
图1为合金进行105℃×5h+170℃×12h双级时效处理后的晶内透射电子显微组织图。
图2为合金进行105℃×5h+170℃×12h双级时效处理后的晶界透射电子显微组织图。
具体实施方式
实施例1
1）对于质量百分含量为：Zn5.6%，Mg2.6%，Cu1.5%，Zr0.2%，Er0.2%，Mn0.15%、少量的杂质Fe、Si，余量为Al的合金进行470℃/2h固溶处理，然后在室温水中淬火；
2）对步骤1）获得的Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Er合金进行表1所示的9组双级时效正交试验，按《金属材料室温拉伸试验方法》（GB/T228-2002）进行拉伸性能测试，数据列于表1。按《铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法》（GB/T22639-2008）进行剥落腐蚀试验，剥落腐蚀等级列于表1。
表1正交设计试验方案及测试结果
Figure BDA00002723610900031
对表1的双级时效正交试验结果采用综合平衡法进行分析，预测Al-5.6Zn-2.6Mg-1.5Cu-0.2Zr-0.2Er合金于105℃保温5h，再于170℃保温12h，同时具有最为优异的力学性能和剥落腐蚀性能。
实施例2
1）对于质量百分含量为：Zn5.6%，Mg2.6%，Cu1.5%，Zr0.2%，Er0.2%，Mn0.15%、少量的杂质Fe、Si，余量为Al的合金进行470℃/2h固溶处理，然后在室温水中淬火；
2）对步骤1）获得的Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Er合金进行105℃×5h+170℃×12h的双级时效处理后，按《金属材料室温拉伸试验方法》（GB/T228-2002）进行拉伸性能测试，数据列于表2。按《铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法》（GB/T22639-2008）进行剥落腐蚀试验，剥落腐蚀等级列于表2。
表2105℃×5h+170℃×12h双级时效试验测试结果
Figure BDA00002723610900041
试验结果表明，Al-5.6Zn-2.6Mg-1.5Cu-0.2Zr-0.2Er合金经双级时效处理后，合金同时具有较好的力学性能和剥落腐蚀性能。综合考虑Al-5.6Zn-2.6Mg-1.5Cu-0.2Zr-0.2Er合金的力学性能和剥落腐蚀性能，可以得出最佳的双级时效工艺条件是将合金先于105℃保温5h，再于170℃保温12h，此双级时效态下合金的晶内、晶界透射电镜显微组织如图1、2所示。

Claims (2)

1.一种Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Er合金的双级时效工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）此Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Er合金的名义成分为Al-5.6Zn-2.6Mg-1.5Cu-0.2Zr-0.2Er，具体包括：Zn5.6%，Mg2.6%，Cu1.5%，Zr0.2%，Er0.2%，Mn0.15%（质量百分含量），余量为Al及不可避免的杂质；
（2）对Al-5.6Zn-2.6Mg-1.5Cu-0.2Zr-0.2Er铝合金进行470℃/2h固溶处理，然后在室温水中淬火；
（3）对步骤（2）获得的Al-5.6Zn-2.6Mg-1.5Cu-0.2Zr-0.2Er铝合金进行双级时效热处理：
A、第一级时效热处理：将步骤（2）获得的铝合金于105~135℃保温5~7h；
B、第二级时效热处理：将步骤A获得的铝合金于150~170℃保温12~18h。
2.按照权利要求1的工艺，其特征在于，步骤（3）的双级时效工艺是将Al-5.6Zn-2.6Mg-1.5Cu-0.2Zr-0.2Er合金于105℃保温5h，再于170℃保温12h。
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