CN104152825A - 一种7系铝合金的热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种7系铝合金的热处理方法，具体包括固溶处理→峰值时效处理→回归热处理→分级时效处理等过程。采用本发明创造所获得的7系铝合金在获得满意的抗应力腐蚀能力的前提下，强度仍然保持较高水平，突破了传统热处理工艺强度和抗应力腐蚀不可兼得的技术难题。

Description

一种7系铝合金的热处理方法

技术领域

本发明创造适用于金属材料热处理领域，特别涉及铝合金材料的热处理方法，尤其涉及一种7系铝合金的热处理工艺方法。

背景技术

7系(亦即7000系或7XXX系)铝合金是铝-锌-镁-铜系可热处理强化的高强度变形铝合金，以其密度低、比强度高、耐腐蚀性能好等优点被广泛应用于航空、海洋、石油化工等国民经济的各个领域。

7系铝合金以Mg、Zn为主要强化元素，热处理制度主要包括固溶和时效。固溶处理时，合金元素溶于α固溶体中，时效时，强化相从固溶体中析出，实现强化作用。时效制度的不同可以导致其性能出现很大差异，其主要的时效状态为T6和T73。T6是峰值时效状态，该状态下强度最高，但其抗应力腐蚀腐蚀性能较差。T73是过时效状态，合金该状态下具有优良的耐应力腐蚀能力，且具有较高的断裂韧度，但强度下降严重。针对这些问题，本发明提出了一种7系铝合金的热处理方法，可以使合金获得满意的抗应力腐蚀能力，同时在强度上相对于T73状态的合金显著提高。本发明可以作为实现生产高强度和高抗应力腐蚀能力良好配合的7系铝合金产品的热处理工艺。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案为：一种7系铝合金的热处理方法，具体包括固溶处理→峰值时效处理→回归热处理→分级时效处理等过程。

所述固溶处理中，包括将7系铝合金加热至460～475℃，保温30～60min的过程。固溶处理的目的是使铝合金充分固溶，形成单相α固溶体。

所述峰值时效处理中，包括将固溶处理后的7系铝合金加热至100～140℃，保温12～24h的过程。峰值时效能够使晶内和晶界析出细小弥散的GP区和η’相，目的是使合金获得较高的强度。

所述回归热处理包括将峰值时效后的7系铝合金加热至200～230℃，保温5～15min的过程。该过程目的是将已经固溶时效的7系铝合金在适当的温度下进行短时保温，使其组织性能恢复到接近固溶状态，为后续的时效做好准备，在该过程中，析出的强化相并不会完全回溶，在之后的分级时效过程中，对强度仍会起到一定的强化作用，从而在得到满意的抗应力腐蚀能力的同时，使合金保持较高的强度，达到强度和抗应力腐蚀能力的良好配合。

所述分级时效处理包括两个阶段的步骤，分别为第一阶段低温时效和第二阶段高温时效。所述低温时效包括将回归热处理后的7系铝合金加热至100～120℃，保温6～8h的过程；所述高温时效包括将低温时效后的7系铝合金加热至160～180℃，保温6～8h的过程。分级时效处理是强化相析出及调整的过程，强化相质点从固溶体中析出，其形状、尺寸及分布情况变化较大，是影响合金性能的重要因素。其中，低温时效是预时效处理，为强化相的充分析出提供了有利条件，在该过程中会形成高密度的GP区，随着时效的进行，在晶界处的析出相η’开始长大同时在晶粒内部也有少量η’相形核。在之后的高温时效过程中，GP区和η’相会随着时效的进行发生重溶，η’相转变为更为稳定的η相。由于时效温度跨度大，加之高温时效保温时间不长，导致先析出的η’转变的η相率先长大，而后析出的η’还没有来得及发生转变，时效就已经结束了，最终得到在晶界处形成均匀的网状分布的组织，这种组织结构可以成为对腐蚀起关键作用的H的“陷阱”，从而在提高抗应力腐蚀能力方面的贡献显著。

进一步，所述7系铝合金的热处理方法中，固溶处理和回归热处理的保温结束后，冷却方式为水淬；峰值时效处理以及分级时效处理中各阶段的保温结束后，冷却方式为空冷。

本发明创造具有的优点和积极效果是：能够使7系铝合金在获得满意的抗应力腐蚀能力的前提下，使合金强度保持较高水平，从而获得兼具高强度与高抗应力腐蚀能力的铝合金产品，突破了传统热处理工艺强度和抗应力腐蚀不可兼得的技术难题。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明创造进行进一步说明。

本发明各实施例和对比例采用同样成分和规格的一种7系铝合金零件进行说明，所采用的7系铝合金成分和零件规格如表1所示。

表1  各实施例和对比例中所采用的7系铝合金成分和零件规格

实施例1

将零件加热至460～475℃，保温30～60min，保温结束后在清水中冷却；加热至100～140℃，保温12～24h，保温结束后，空冷至室温。加热至200～230℃，保温5～15min，保温结束后在清水中冷却；然后将零件加热至100～120℃，保温6～8h，保温结束后，空冷至室温；然后将零件加热至160～180℃，保温6～8h，保温结束后，空冷至室温。

对比例1

将零件加热至460～475℃，保温30～60min，保温结束后在清水中冷却；加热至100～140℃，保温12～24h，保温结束后，空冷至室温。此方法处理后，使零件达到T6状态。

对比例2

将零件加热至460～475℃，保温30～60min，保温结束后在清水中冷却；之后进行两段时效：第一段110±5℃，保温6～8h，取出空冷；第二段177±5℃，保温8～12h，空冷至室温。此方法可以将零件状态处理至T73过时效状态。

对比例3

将零件加热至460～475℃，保温30～60min，保温结束后在清水中冷却；加热至100～140℃，保温12～24h，保温结束后，空冷至室温。之后加热至200～230℃，保温5～15min，保温结束后在清水中冷却；之后加热到100～140℃，保温12～24h后空冷至室温；然后将零件加热至100～120℃，保温6～8h，保温结束后，空冷至室温；然后将零件加热至160～180℃，保温6～8h，保温结束后，空冷至室温。

对比例4

将零件加热至460～475℃，保温30～60min，保温结束后在清水中冷却；加热至100～140℃，保温12～24h，保温结束后，空冷至室温。之后加热至200～230℃，保温5～15min，保温结束后在清水中冷却；再加热到100～140℃，保温12～24h后空冷至室温。此方法为现在比较流行的回归再时效热处理制度。

为验证本发明的效果，对本发明上述各实施例和对比例分别进行了热处理工艺验证，每次验证每项性能指标取5个零件进行检验，结果如表2所示，表中数据是试验结果去掉最大和最小值之后，所得试验数据的平均值。其中，抗应力腐蚀能力试验是按照ASTMG44-99进行，在实验前将零件装配到试验工装上，施加一定预紧力，之后采用交替浸渍的试验方法进行验证，要求满足30天以上无裂纹产生为合格。

表2  各实施例中7系零件热处理后性能参数

Claims (7)

1.一种7系铝合金的热处理方法，具体包括固溶处理→峰值时效处理→回归热处理→分级时效处理等过程。

2.根据权利要求1所述一种7系铝合金的热处理方法，其特征在于：所述分级时效处理包括第一阶段低温时效和第二阶段高温时效。

3.根据权利要求2所述一种7系铝合金的热处理方法，其特征在于：所述低温时效包括将回归热处理后的7系铝合金加热至100～120℃，保温6～8h的过程；所述高温时效包括将低温时效后的7系铝合金加热至160～180℃，保温6～8h的过程。

4.根据权利要求1-3任一项所述一种7系铝合金的热处理方法，其特征在于：所述固溶处理中，包括将7系铝合金加热至460～475℃，保温30～60min的过程。

5.根据权利要求1-3任一项所述一种7系铝合金的热处理方法，其特征在于：所述峰值时效处理中，包括将固溶处理后的7系铝合金加热至100～140℃，保温12～24h的过程。

6.根据权利要求1-3任一项所述一种7系铝合金的热处理方法，其特征在于：所述回归热处理中，包括将峰值时效后的7系铝合金加热至200～230℃，保温5～15min的过程。

7.根据权利要求1-6任一项所述一种7系铝合金的热处理方法，其特征在于：所述固溶处理和回归热处理的冷却方式为水淬；所述峰值时效处理以及分级时效处理中各阶段的冷却方式为空冷。