CN103774067A - 一种提高6000系铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效方法 - Google Patents
一种提高6000系铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明所采用的技术方案为：一种提高6000系铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效方法，是将6000系铝合金经固溶处理及淬火后，分别进行（1）高温预时效和（2）低温再时效。本发明有益效果如下：实现了既提高6000系Al-Mg-Si-Cu铝合金晶间腐蚀抗力又不降低强度的目的；同时，该方法的工艺步骤简单且处理周期较短，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于铝合金热处理领域，尤其是提高6000系铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效方法。
背景技术
6000系铝合金主要包括Al-Mg-Si和Al-Mg-Si-Cu两大系列。该系铝合金具有中等强度、低密度以及良好的成型性和焊接性等性能特点，因而在汽车制造、航天航空、轨道交通及建筑等行业得到了广泛应用。与Al-Mg-Si铝合金相比，添加Cu可以提高Al-Mg-Si-Cu铝合金的力学性能，但同时导致晶间腐蚀敏感性大大增加，尤其是在T6峰值时效状态下这一问题更为严重，从而限制了该系合金的应用范围。
为了解决峰值时效状态下Al-Mg-Si-Cu铝合金存在严重晶间腐蚀敏感性这一问题，Dif等人【R.Dif,D.Bechet D,Warner,H.Ribes.Proc of the6thInternational Conf on Aluminium Alloys(ICCA6),Tokyo:Japan Inst Metals,1998:1991-1997】针对6056铝合金开发出T78双级时效工艺（低温预时效+高温再时效）。T78工艺能够实现消除6056铝合金晶间腐蚀敏感性的目的，但是强度下降了15%左右。国内潘道召等人【双级时效对6061铝合金拉伸性能和晶间腐蚀性能的影响.中国有色金属学报,2010,20(3):435-441.】和林莉等人【林莉,郑子樵,李劲风,时效制度对6156铝合金力学性能及腐蚀性能的影响,稀有金属材料与工程,2012,6期】等人也分别对6061和6A56铝合金开展了T78工艺研究。研究结果表明，两种铝合金强度和晶间腐蚀敏感性的变化规律与6056铝合金类似。进一步地，李海等人【T6I6时效对6061铝合金拉伸及晶间腐蚀性能的影响,金属学报,2010,46(4):494-499.】和盛晓菲等人【T6时效和T6I6时效对6005A铝合金微观组织和性能的影响,中国有色金属学报,2012,5】等人分别对6061和6005铝合金进行T6I6三级时效处理（高温预时效+低温时效+高温再时效），获得了既不降低Al-Mg-Si-Cu铝合金强度同时又能够消除其晶间腐蚀敏感性的效果，但是较长的低温时效时间影响了T6I6工艺的工业应用。此外，王胜强等人【王胜强,陆政,戴圣龙,杨守杰,姜海峰.6A60铝合金板材三级时效工艺研究,航空材料学报,2003,23(z1)】基于回归再时效原理（低温预时效+高温回归处理+低温再时效）对6060铝合金进行三级时效处理，也能够获得与T6I6三级时效处理类似的结果，但是较窄的回归温度-时间窗口特征限制了该三级时效工艺的工业应用。
总而言之，目前现有的双级时效工艺虽然能消除铝合金的晶间腐蚀敏感性，但是存在降低合金强度的问题；三级时效工艺虽然能够实现不降低合金强度同时改善其晶间腐蚀抗力，但是存在工艺步骤繁琐、处理周期长以及工艺控制要求严格等问题。这些缺点都限制现有工艺的实际应用。
发明内容
本发明克服现有技术中三级时效工艺能够改善晶间腐蚀能力但存在工艺步骤繁琐、处理周期长的不足，提供一种提高6000系铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种提高6000系铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效方法，是将6000系铝合金经固溶处理及淬火后，分别进行（1）高温预时效和（2）低温再时效处理。
固溶处理的目的是将Mg、Si、Cu等合金元素充分溶解于铝基体中，形成高温固溶体。固溶处理工艺参数主要包括固溶温度和固溶时间，固溶温度一般选择在530℃-560℃范围内，而固溶时间一般选择在1-3h范围内；淬火的目的是通过快速冷却的方式，将固溶处理形成的高温固溶体冻结下来，形成常温过饱和固溶体，冷却方式通常为水淬。
进一步地，步骤（1）所述的高温预时效温度为180℃-200℃，时效时间为1-6h。
作为优选，所述的高温预时效属于欠时效处理，是使过饱和固溶体发生部分析出而处于欠时效状态。欠时效程度根据时效温度和时效时间配合，使其硬化程度达到相应时效温度下峰值硬度的75-95%。
进一步地，步骤（2）所述的低温再时效温度为155℃-175℃，时效时间为16-120h。
作为优选，所述的低温再时效属于峰值时效处理，使高温预时效铝合金在较低温度下继续时效析出，直至达到峰值时效状态，即达到相应时效温度下时效至最高硬度状态。
本发明有益效果如下：实现了既提高6000系Al-Mg-Si-Cu铝合金晶间腐蚀抗力又不降低强度的目的；同时，该方法的工艺步骤简单且处理周期较短，适合工业化生产。
附图说明
图1为比较例1方法制备的铝合金腐蚀形貌图；
图2为实施例1方法制备的铝合金腐蚀形貌图。
具体实施方式
试验方法
（一）拉伸性能测试在WTD-30型电子拉伸试验机上进行，试样标距尺寸为8mm×35mm，拉伸速率为2mm/min，强度为3个平行试样的平均值。
（二）硬度测试在HAZ-5型维氏硬度计上进行，加载载荷为0.5kg，保荷时间为15s，并取10点平均值作为试样某状态硬度值。
（三）晶间腐蚀敏感性测试按照国标GB/T7998-2005《铝合金IGC测试方法》进行。试样经酸洗、碱洗和出光，在水浴温度控制为35℃的腐蚀溶液（30g/L NaCl+10ml/L HCl）浸泡24h，之后制备金相试样，抛光后直接在OLYMPUSCK40M光学显微镜上观察腐蚀形貌。
比较例1
一种提高铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效处理方法，工艺步骤为：实验材料为6061铝合金，经530℃/3h固溶处理及水淬，之后进行180℃/8h时效，达到T6状态，此时合金抗拉强度和屈服强度分别为342MPa和315MPa。维氏硬度为125HV0.5。晶间腐蚀敏感性测试表明，腐蚀裂纹沿晶界优先扩展，是典型的晶间腐蚀类型，如图1所示。
实施例1
一种提高铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效处理方法，工艺步骤为：实验材料为6061铝合金，经530℃/3h固溶处理和水淬后，先进行200℃/1h高温预时效，此时硬度为108HV0.5，相当于峰值硬度的86%。之后进行155℃/120h低温再时效至峰值时效状态。此时合金抗拉强度和屈服强度分别为351MPa和326MPa。晶间腐蚀敏感性测试表明，试样表面未出现腐蚀裂纹沿晶界优先扩展的特征，而呈均匀光滑的特征，即为均匀腐蚀，如图2所示。
实施例2
一种提高铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效处理方法，工艺步骤为：实验材料为6061铝合金，经560℃/1h固溶处理及水淬后，先进行180℃/6h高温预时效，此时硬度值为117HV0.5，相当于峰值硬度的94%。之后进行175℃/16h低温再时效至峰值时效状态，此时合金抗拉强度和屈服强度分别为362MPa和332MPa，腐蚀行为为均匀腐蚀。
实施例3
一种提高铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效处理方法，工艺步骤为：实验材料为6061铝合金，经540℃/2h固溶处理及水淬后，先进行190℃/2h高温预时效，此时硬度为105HV0.5，相当于峰值硬度的84%。之后进行160℃/72h低温再时效至峰值时效状态，此时合金抗拉强度和屈服强度分别为353MPa和328MPa，腐蚀行为为均匀腐蚀。
实施例4
一种提高铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效处理方法，工艺步骤为：实验材料为6061铝合金，经530℃/1h固溶处理及水淬后，先进行190℃/4h高温预时效，此时硬度为119HV0.5，相当于峰值硬度的95%。之后进行165℃/24h低温再时效至峰值时效状态，此时合金抗拉强度和屈服强度分别为362MPa和335MPa，腐蚀行为为均匀腐蚀。
实施例5
一种提高铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效处理方法，工艺步骤为：实验材料为6061铝合金，经560℃/3h固溶处理及水淬后，先进行180℃/2h高温预时效，此时硬度为97HV0.5，相当于峰值硬度的77%。之后进行155℃/120h低温再时效至峰值时效状态，此时合金抗拉强度和屈服强度分别为367MPa和334MPa，腐蚀行为为均匀腐蚀。
比较例2
一种提高铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效处理方法，工艺步骤为：实验材料为6005铝合金，经540℃/2h固溶处理及水淬，之后进行180℃/8h时效，达到T6状态，此时合金抗拉强度和屈服强度分别为326MPa和305MPa，硬度为105HV0.5。晶间腐蚀敏感性测试表明，此时腐蚀特征与图1类似，为典型的晶间腐蚀。
实施例6
一种提高铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效处理方法，工艺步骤为：实验材料为6005铝合金，经540℃/2h固溶处理及水淬后，先进行180℃/4h高温预时效，此时硬度为86HV0.5，相当于峰值硬度的82%。之后进行165℃/72h低温再时效至峰值时效状态，此时合金抗拉强度和屈服强度分别为332MPa和314MPa。晶间腐蚀敏感性测试表明，此时腐蚀特征与图2类似，为均匀腐蚀。
实施例7
一种提高铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效处理方法，工艺步骤为：实验材料为6005铝合金，经540℃/2h固溶处理及水淬后，先进行190℃/2h高温预时效，此时硬度为94HV0.5，相当于峰值硬度的90%。之后进行175℃/16h低温再时效至峰值时效状态，此时合金抗拉强度和屈服强度分别为338MPa和320MPa，腐蚀行为为均匀腐蚀。
比较例3
一种提高铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效处理方法，工艺步骤为：实验材料为6056铝合金，经550℃/1h固溶处理及水淬，之后进行180℃/8h时效，达到T6状态，此时硬度为135HV0.5，此时合金抗拉强度和屈服强度分别为390MPa和375MPa。晶间腐蚀敏感性测试表明，此时腐蚀特征与图1类似，为典型的晶间腐蚀。
实施例8
一种提高铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效处理方法，工艺步骤为：实验材料为6056铝合金，经550℃/1h固溶处理及水淬后，先进行190℃/2h高温预时效，此时硬度为118HV0.5，相当于峰值硬度的87%。之后进行165℃/72h低温再时效至峰值时效状态，此时合金抗拉强度和屈服强度分别为405MPa和387MPa。晶间腐蚀敏感性测试表明，腐蚀行为为均匀腐蚀。
实施例9
一种提高铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效处理方法，工艺步骤为：实验材料为6056铝合金，经550℃/1h固溶处理及水淬后，先进行180℃/2h高温预时效，此时硬度为109HV0.5，相当于峰值硬度的81%。之后进行155℃/120h低温再时效至峰值时效状态，此时合金抗拉强度和屈服强度分别为417MPa和404MPa，腐蚀行为为均匀腐蚀。
比较例4
一种提高铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效处理方法，工艺步骤为：实验材料为6013铝合金，经560℃/3h固溶处理及水淬，之后进行180℃/8h时效，达到T6状态，此时硬度为140HV0.5，抗拉强度和屈服强度分别为420MPa和395MPa。晶间腐蚀敏感性测试表明，此时腐蚀特征与图1类似，为典型的晶间腐蚀。
实施例10
一种提高铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效处理方法，工艺步骤为：实验材料为6013铝合金，经530℃/1h固溶处理及水淬后，先进行180℃/2h高温预时效，此时硬度为105HV0.5，相当于峰值硬度的75%。之后进行160℃/96h低温再时效至峰值时效状态，此时合金抗拉强度和屈服强度分别为431MPa和404MPa。晶间腐蚀敏感性测试表明，此时腐蚀行为为均匀腐蚀。
实施例11
一种提高铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效处理方法，工艺步骤为：实验材料为6013铝合金，经560℃/3h固溶处理及水淬后，先进行200℃/1h高温预时效，此时硬度为130HV0.5，相当于峰值硬度的93%。之后进行155℃/120h低温再时效至峰值时效状态，此时合金抗拉强度和屈服强度分别为435MPa和412MPa，而腐蚀行为为均匀腐蚀。
比较例5
一种提高铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效处理方法，工艺步骤为：实验材料为6A60铝合金，经530℃/1h固溶处理及水淬，之后进行180℃/8h时效，达到T6状态，此时硬度为145HV0.5，抗拉强度和屈服强度分别为426MPa和415MPa。晶间腐蚀敏感性测试表明，腐蚀行为为晶间腐蚀。
实施例12
一种提高铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效处理方法，工艺步骤为：实验材料为6A60铝合金，经530℃/1h固溶处理及水淬后，先进行180℃/6h高温预时效，此时硬度为132HV0.5，相当于峰值硬度的91%。之后进行175℃/18h低温再时效峰值时效状态，此时合金抗拉强度和屈服强度分别为443MPa和428MPa，腐蚀行为为均匀腐蚀。
实施例13
一种提高铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效处理方法，工艺步骤为：实验材料为6A60铝合金，经560℃/1h固溶处理及水淬后，先进行200℃/1h高温预时效，此时硬度为135HV0.5，相当于峰值硬度的93%。之后进行155℃/120h低温再时效至峰值时效状态，此时合金抗拉强度和屈服强度分别为436MPa和420MPa，腐蚀行为为均匀腐蚀。
Claims (5)
1.一种提高6000系铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效方法，其特征在于：6000系铝合金经固溶处理及淬火后，分别进行（1）高温预时效和（2）低温再时效处理。
2.根据权利要求1所述的提高6000系铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效方法，其特征在于：步骤（1）所述的高温预时效温度为180℃-200℃，时效时间为1-6h。
3.根据权利要求2所述的提高6000系铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效方法，其特征在于：所述的高温预时效属于欠时效处理，欠时效程度根据时效温度和时效时间配合，使其硬化程度达到相应时效温度下峰值硬度的75-95%。
4.根据权利要求1所述的提高6000系铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效方法，其特征在于：步骤（2）所述的低温再时效温度为155℃-175℃，时效时间为16-120h。
5.根据权利要求4所述的提高6000系铝合金晶间腐蚀抗力的双级时效方法，其特征在于：所述的低温再时效属于峰值时效处理，即在相应再时效温度下时效至最高硬度状态。
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