CN103614673A - 一种可实现铝合金快速时效热处理的方法 - Google Patents

一种可实现铝合金快速时效热处理的方法 Download PDF

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本发明是一种可实现铝合金快速时效热处理的方法，属于金属材料电磁场热处理领域。在7075铝合金构件进行时效热处理时添加电脉冲，其工艺步骤如下：先将7075铝合金构件进行固溶处理，固溶制度为460～499℃×35～45min，然后进行水淬，再将淬火后的铝合金构件进行电脉冲时效处理，时效制度为100～125℃×4～24h。本发明提供了正反电脉冲快速时效热处理工艺，缩短了峰值时效时间；同时，通过影响材料中空位的扩散过程进而影响析出相的形态和数量，使位错运动受阻，提高材料的强度。可以发现，正反电脉冲时效处理比常规时效热处理工艺对铝合金的组织和性能的改善效果更加明显。该方法简单，操作方便，适于工业化生产。

Description

一种可实现铝合金快速时效热处理的方法
技术领域
本发明涉及7075铝合金在电脉冲作用下的快速时效热处理方法，属于金属材料电磁场热处理领域。
背景技术
近年来，国内外学者将电脉冲手段应用到材料领域，并取得了一定的成果，成为改善材料组织、性能的新方法。1984年，印度学者A.K.Misra首先在金属和合金的凝固过程中使用了电流技术，在低熔点的过共晶Sb一15％Pb一7％Sn三元合金凝固过程中，通直流电，结果发现凝固后的组织明显细化且第二相分布均匀。此后，美国科学家H.Conrad等人研究了高密度电脉冲对69Sn3Pb和60Sn40Pb合金凝固组织的影响，结果证实脉冲电流可以增加过冷度，晶粒度随脉冲电流密度的增加而减小。
国内学者也对电脉冲在材料领域的应用作了大量的研究工作。河南科技大学的刘素芹、黄金亮、刘平、董企铭研究了高密度脉冲电流对Cu一Ni一Si合金时效组织和性能的影响。实验结果表明高密度脉冲电流可以实现Cu一Ni一Si合金的快速时效。在一定的电脉冲时效工艺下合金形成类调幅组织，使合金的硬度有很大程度的提高，同时，合金元素沿电脉冲冲击方向的有序偏聚，使其电导率恢复，从而实现二者较理想的配合。
诸多实验表明，电脉冲对金属及合金的组织及性能有很大影响，可以改变材料的结构、力学性能，从而提高材料的使用性能。电脉冲技术在材料制备过程中有巨大的潜力，应用前景广阔。本发明提供了一种工艺方法简单、操作方便的7075铝合金快速时效热处理的方法，一般认为，超高强铝合金的时效析出序列为：α过饱和固溶体→GP区→η′过渡相(MgZn2)→η平衡相(MgZn2)，电脉冲加速了η′相的析出，使η′相的数量增多、弥散度增高，位错受到的阻力增大，从而缩短了峰值时效时间，并提高了合金材料的强度，从而获得优良的综合机械性能。适于工业化生产。
发明内容
本发明的目的在于缩短峰值时效时间，改善7075铝合金的组织和性能。该发明通过影响材料中空位的扩散过程，进而影响析出相的形态和数量，使位错运动受阻，改善了铝合金的拉伸力学性能，提高了强度和塑性。
本发明提供了一种可实现7075铝合金构件快速时效热处理的方法，在铝合金常规时效过程中加入电脉冲，电脉冲的参数为：电压U为0～30V，占空比D为0～100％，脉冲时间t为0～60min，频率大小及方向可调。其工艺步骤如下：先将7075铝合金构件在固溶炉中进行固溶处理，固溶温度为460～499℃，固溶保温时间为35～45min，然后进行水淬，再将淬火后的铝合金构件放入时效炉中进行电脉冲时效处理，时效温度为100～125℃，时效时间为4～24h。
本发明由于采用上述工艺方法，促进了空位的运动，加快了析出相η′(MgZn2)的形核速度，同时由于正反电脉冲时效降低了铝合金基体内空位的浓度，析出相长大时的驱动力被减小，析出相的长大受到抑制，从而导致析出相细小弥散，提高了7075铝合金的强度，同时晶界析出的超微颗粒改善了7075铝合金的塑性，提高了其延伸率。
综上所述，本发明比常规时效热处理工艺对铝合金的组织和性能的改善效果更加明显，改善了7075铝合金的强度和塑性，同时本发明方法简单，操作方便，适于工业化生产。
附图说明
为了使得本发明更加容易地理解，现在针对附图进行描述，其中：
附图1表示了本发明对铝合金试样(1)进行电脉冲时效的整个流程：先将铝合金试样(1)进行固溶处理，然后将固溶处理后的铝合金试样(1)进行水淬，最后将淬火后的铝合金试样(1)进行电脉冲时效处理。其中：1-铝合金试样；2-固溶炉；3-水槽；4-水溶液；5-时效炉；6-脉冲电源；7-导线。
附图2是表示7075铝合金在时效温度为100℃，时效时间为4h的常规时效热处理条件下的晶内第二相TEM照片；
附图3是表示7075铝合金在时效温度为100℃，时效时间为4h，电脉冲频率f＝10Hz的正反电脉冲时效热处理条件下的晶内第二相TEM照片；
附图4是表示7075铝合金在时效温度为100℃，时效时间为4h，电脉冲频率f＝700Hz的正反电脉冲时效热处理条件下的晶内第二相TEM照片；
附图5是表示7075铝合金在时效温度为100℃，时效时间为4h的常规时效热处理条件下的晶内晶界TEM照片；
附图6是表示7075铝合金在时效温度为100℃，时效时间为4h，电脉冲频率f＝10Hz的正反电脉冲时效热处理条件下的晶内晶界TEM照片；
附图7是表示7075铝合金在时效温度为100℃，时效时间为4h，电脉冲频率f＝700Hz的正反电脉冲时效热处理条件下的晶内晶界TEM照片；
比较附图2、附图3和附图4可以看出，加电脉冲后，7075铝合金中的η′相数量明显增多，弥散度增高。由附图5、附图6和附图7可以看出，经过正反电脉冲时效后，晶界处出现了密集分布的超微颗粒相。
具体实施方式
试样采用厚度为2mm的7075铝合金冷轧薄板。按HB5143-96制成拉伸试样。将试样在480℃的固溶炉中保温40min，取出试样后迅速淬火。然后放入100℃的时效炉中保温4h，同时给试样加电脉冲30min，正反电脉冲频率为10Hz和700Hz。
表1中列出了0Hz、10Hz和700Hz的电脉冲频率所对应的试样的硬度和电导率。
表1电脉冲频率对硬度和电导率的影响
频率/Hz 硬度/HV 电导率MS/m
0 151.31 14.9
10 165.24 15.8
700 165.43 15.5
由表1可以看出，在时效温度为100℃，保温时间为4h的时效制度下，7075铝合金(T6)的峰值硬度为201.2HV，在到达T6态前，电脉冲时效试样的硬度要比常规时效试样的硬度高，原因是电脉冲降低了7075铝合金的时效激活能，缩短了峰值时效的时间。
同时可以发现，加正反电脉冲时效试样的电导率要比常规时效试样的电导率高，原因是固溶体脱溶过程中，析出的第二相粒子会出现对电子的散射作用，固溶体脱溶后基体对电子的散射作用减少，因为固溶体中溶质原子引起的散射作用比沉淀析出第二相引起的散射作用强的多。因而总体上，时效脱溶过程会提高合金的电导率。电脉冲时效过程处理后，7075合金的电导率比不加电场时效的高，是因为脱溶过程中电脉冲加速了溶质原子的析出，使固溶体对电子的散射减弱了，从而提高了7075合金的电导率。
将分别经过常规时效热处理、频率为10Hz和700Hz的正反电脉冲时效热处理的试样进行拉伸力学性能测试，结果如下表2所示。
表2电脉冲频率对拉伸力学性能的影响
频率/Hz 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/％
0 374.97 500.65 11.8
10 411.27 552.10 10
700 385.74 522.34 13.1
由表2可以看出，经过正反电脉冲时效热处理的试样与常规时效热处理的试样的强度相比，屈服强度和抗拉强度均提高了，原因是电脉冲使析出相的体积分数变大，弥散度升高，进而提高了7075铝合金的强度。
同时可以发现，经过700Hz的正反电脉冲时效后试样的塑形也得到提高，原因是晶界的形态和微观结构对材料的塑性有影响，经过正反电脉冲时效后7075铝合金的晶界上的析出相是弥散分布的超微颗粒相，从而提高了7075铝合金的塑形。

Claims (4)

1.一种对7075铝合金试样进行电脉冲时效热处理的方法，其特征在于：它可以缩短7075铝合金的峰值时效，同时改善7075铝合金的组织和性能，包括以下步骤： 
步骤一：先将固熔炉升温到固溶温度，然后将铝合金试样迅速放入固熔炉中进行固溶处理，保温一段时间后，迅速取出铝合金试样； 
步骤二：将固溶处理后的铝合金试样放入装有水溶液的水槽中进行淬火； 
步骤三：先将时效炉升温到时效温度，然后将淬火后的铝合金试样放入时效炉中，同时打开脉冲电源，对铝合金试样进行电脉冲时效处理。等到脉冲时间结束时，关闭脉冲电源，继续时效，直到时效时间结束，关闭时效炉。 
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一的固溶温度为460～499℃，固溶保温时间为35～45min。 
3.如权利要求1至2所述的方法，其特征在于，步骤二的淬火转移时间要尽量短，不超过30S。 
4.如权利要求1至3所述的方法，其特征在于，步骤三的电脉冲参数为：电压U为0～30V，占空比D为0～100％，时间t为0～60min，频率f为0Hz、10Hz、700Hz；时效温度为100～125℃，时效时间为4～24h。 
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