CN104195480A - 一种Al-Zn-Mg合金型材的积分时效方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种Al-Zn-Mg合金型材的积分时效方法,其特征在于：Al-Zn-Mg合金型材经过淬火后，在1天内入炉进行积分时效，并在Al-Zn-Mg合金型材不同壁厚处装有热电偶，依次进行第一级时效、第二级时效、第三级时效的三级时效处理，并在第三级时效过程中，通过积分计算设计时效工艺，调控Al-Zn-Mg合金型材晶内和晶界的显微组织。本发明的Al-Zn-Mg合金型材的积分时效方法以调控晶内组织、晶界组织为出发点，通过积分方法量化晶内析出相和晶界析出相指标，对强度和抗应力腐蚀性能进行快速评估，有效提高Al-Zn-Mg合金型材的强度和抗应力腐蚀性能，具有较好的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种Al-Zn-Mg合金型材的加工领域，具体涉及一种Al-Zn-Mg合金型材的积分时效方法。
背景技术
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，因其密度低，强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，具有优良的导电性、导热性、抗蚀性等性能，可加工成各种型材，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面。近年来，随着我国交通运输业突飞猛进的发展，尤其在高铁行业，我国的高铁建设呈现了跨越式发展，通车里程和运行速度跻身世界一流水平，高速列车的时速已经达350km/h。因此对高速列车铝合金车体型材的强度、抗应力腐蚀性等要求也越来越高。
由于轻质、中强、可焊等优点，Al-Zn-Mg合金型材广泛应用于高速列车车体重要结构件，目前国外已惜售高端Al-Zn-Mg合金型材，国内部分铝加工企业对Al-Zn-Mg合金型材进行了试制，母材强度、延伸率均高于进口水平。然而，国产型材装车服役后出现较为严重的应力腐蚀开裂问题。
晶界和晶内组织协调控制是解决Al-Zn-Mg（-Cu）合金强度和应力腐蚀性能匹配的根本措施。Al-Zn-Mg（-Cu）合金T6峰值时效可获得最高的强度，T6时效处理晶内组织为弥散分布的GP 区和η’相，晶界组织为连续分布的η 相粒子，导致耐腐蚀性能差。为了提高铝合金抗应力腐蚀性能，过去几十年采取的方法是将合金进行过时效处理，晶界粒子呈断续分布状，如T73、T74等过时效状态。但是，过时效状态也使得晶内强化粒子粗化，造成合金强度损失。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种Al-Zn-Mg合金型材的积分时效方法，该方法通过积分计算设计时效工艺，量化Al-Zn-Mg合金型材晶内析出相和晶界析出相指标，对强度和抗应力腐蚀性能进行快速评估，从而获得强度和抗应力腐蚀性能的优化匹配的Al-Zn-Mg合金型材。
本发明是这样实现的：
一种Al-Zn-Mg合金型材的积分时效方法,其特征在于：Al-Zn-Mg合金型材经过淬火后，在1天内入炉进行积分时效，并在Al-Zn-Mg合金型材不同壁厚处装有热电偶，获得相应的温度数据，使型材整体性能均匀，依次进行第一级时效、第二级时效、第三级时效的三级时效处理，过程如下：
（1）第一级时效温度为40～70℃，保温时间为6～10小时；
（2）第二级时效温度为80～120℃，保温时间为4～8小时；
（3）第三级时效温度为130℃～190℃，保温时间为2～10小时；
在第三级时效过程中，通过积分时效调控Al-Zn-Mg合金型材晶内和晶界的显微组织，用以下公式对料温曲线进行积分：
式中：
RM—为晶内析出相粒子平均尺寸因子；
AG—为晶界析出相形状因子；
e—为自然底数；
t1—为第二级时效结束时间，单位为秒；
t2—为第三级时效结束后料温落回第二级时效温度对应的时间，单位为秒；
T(t)—为料温的温度—时间函数，T为绝对温度。
试验分析表明，第三级时效温度、时效时间、升温速率、降温速率对RM值和AG值的影响最大，是决定Al-Zn-Mg合金的强度和抗应力腐蚀性能的重要因素。
当第三级时效温度较高、时效时间较长时，Al-Zn-Mg合金具有较好的抗应力腐蚀性能，但合金的强度较低。积分计算表明该条件下RM值较大，AG值较小。
当第三级时效温度较低、时效时间较短时，Al-Zn-Mg合金具有高的强度，但合金的抗应力腐蚀性能较差。积分计算表明该条件下RM值较小，AG值较大。
当第三级时效温度和时效时间适中时，Al-Zn-Mg合金可获得较好的强度和抗应力腐蚀性能的匹配，该条件下Rm值和Ag值落在以下范围内：8≤RM≤22 ；1≤AG≤2.3。
本发明的突出的实质性特点和显著的进步是：
1、本发明的Al-Zn-Mg合金型材的积分时效方法以调控晶内组织、晶界组织为出发点，通过积分计算设计时效工艺，量化晶内析出相和晶界析出相指标，对强度和抗应力腐蚀性能进行快速评估，有效提高Al-Zn-Mg合金型材的强度和抗应力腐蚀性能，具有较好的经济效益和社会效益。
2、本发明通过积分时效调控Al-Zn-Mg合金型材晶内和晶界的显微组织，达到以下目标：1）、晶内析出相尺寸细小、分布弥散；2)、晶界析出相断续、球化；从而达到提高Al-Zn-Mg合金型材的强度、抗应力腐蚀性能的目的。
具体实施方式
实施例1
本发明的Al-Zn-Mg合金型材的积分时效方法, Al-Zn-Mg合金型材经过淬火后，在1天内入炉进行积分时效，并在Al-Zn-Mg合金型材不同壁厚处装有热电偶，获得相应的温度数据，依次进行第一级时效、第二级时效、第三级时效等三级时效处理，过程如下：
（1）第一级时效温度为40℃，保温时间为6小时；
（2）第二级时效温度为80℃，保温时间为4小时；
（3）第三级时效温度为130℃，保温时间为2小时；
在第三级时效过程中，通过积分时效调控Al-Zn-Mg合金型材晶内和晶界的显微组织，用料温曲线公式对Al-Zn-Mg合金型材进行积分，用以下公式对料温曲线进行积分：
实施例2
本发明的Al-Zn-Mg合金型材的积分时效方法, Al-Zn-Mg合金型材经过淬火后，在1天内入炉进行积分时效，并在Al-Zn-Mg合金型材不同壁厚处装有热电偶，获得相应的温度数据，依次进行第一级时效、第二级时效、第三级时效等三级时效处理，过程如下：
（1）第一级时效温度为50℃，保温时间为7小时；
（2）第二级时效温度为100℃，保温时间为6小时；
（3）第三级时效温度为150℃，保温时间为4小时；
在第三级时效过程中，通过积分时效调控Al-Zn-Mg合金型材晶内和晶界的显微组织，用料温曲线公式对Al-Zn-Mg合金型材进行积分，用以下公式对料温曲线进行积分：
实施例3
本发明的Al-Zn-Mg合金型材的积分时效方法, Al-Zn-Mg合金型材经过淬火后，在1天内入炉进行积分时效，并在Al-Zn-Mg合金型材不同壁厚处装有热电偶，获得相应的温度数据，依次进行第一级时效、第二级时效、第三级时效等三级时效处理，过程如下：
（1）第一级时效温度为60℃，保温时间为9小时；
（2）第二级时效温度为110℃，保温时间为7小时；
（3）第三级时效温度为160℃，保温时间为8小时；
在第三级时效过程中，通过积分时效调控Al-Zn-Mg合金型材晶内和晶界的显微组织，用料温曲线公式对Al-Zn-Mg合金型材进行积分，用以下公式对料温曲线进行积分：
实施例4
本发明的Al-Zn-Mg合金型材的积分时效方法, Al-Zn-Mg合金型材经过淬火后，在1天内入炉进行积分时效，并在Al-Zn-Mg合金型材不同壁厚处装有热电偶，获得相应的温度数据，依次进行第一级时效、第二级时效、第三级时效等三级时效处理，过程如下：
（1）第一级时效温度为70℃，保温时间为10小时；
（2）第二级时效温度为120℃，保温时间为8小时；
（3）第三级时效温度为190℃，保温时间为10小时；
在第三级时效过程中，通过积分时效调控Al-Zn-Mg合金型材晶内和晶界的显微组织，用料温曲线公式对Al-Zn-Mg合金型材进行积分，用以下公式对料温曲线进行积分：
本发明的Al-Zn-Mg合金型材通过积分时效后的所得的强度和抗应力腐蚀性能：
由上表可以看出，通过积分计算设计时效工艺，量化Al-Zn-Mg合金型材晶内析出相和晶界析出相指标，Al-Zn-Mg合金型材能够获得强度和抗应力腐蚀性能的优化匹配。
Claims (2)
1.一种Al-Zn-Mg合金型材的积分时效方法,其特征在于：Al-Zn-Mg合金型材经过淬火后，在1天内入炉进行积分时效，并在Al-Zn-Mg合金型材不同壁厚处装有热电偶，获得相应的温度数据，依次进行第一级时效、第二级时效、第三级时效的三级时效处理，过程如下：
（1）第一级时效温度为40～70℃，保温时间为6～10小时；
（2）第二级时效温度为80～120℃，保温时间为4～8小时；
（3）第三级时效温度为130℃～190℃，保温时间为2～10小时；
在第三级时效过程中，通过积分时效调控Al-Zn-Mg合金型材晶内和晶界的显微组织，用以下公式对料温曲线进行积分：
式中：
RM—为晶内析出相粒子平均尺寸因子；
AG—为晶界析出相形状因子；
e—为自然底数；
t1—为第二级时效结束时间，单位为秒；
t2—为第三级时效结束后料温落回第二级时效温度对应的时间，单位为秒；
T(t)—为料温的温度—时间函数，T为绝对温度。
2.根据权利要求1所述的一种Al-Zn-Mg合金型材的积分时效方法，其特征在于：所述的RM为8～22，AG 为1～2.3时，Al-Zn-Mg合金型材获得强度和抗应力腐蚀性能的优化匹配。
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