CN105239028A - 一种7075铝合金的双级时效处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种7075铝合金的双级时效处理工艺，其特征在于：包含以下步骤：7075合金在450℃下保温24h均匀化，然后在420℃热轧成5mm的薄板，后经460℃/2h+480℃/1h双级固溶处理，最后进行双级时效工艺100-110℃/8-12h＋130-160℃/14-24h。最佳双级时效工艺为：105℃/8h＋130℃/14h。

Description

一种7075铝合金的双级时效处理工艺

技术领域

本发明涉及一种7075铝合金的处理工艺，特别涉及一种能提高7075铝合金性能的双级时效处理工艺。

背景技术

铝合金是一种较年轻的金属材料，在20世纪初才开始工业应用。第二次世界大战期间，铝材主要用于制造军用飞机。战后，由于军事工业对铝材的需求量骤减，铝工业界便着手开发民用铝合金，使其应用范围由航空工业扩展到建筑业、容器包装业、交通运输业、电力和电子工业、机械制造业和石油化工等国民经济各部门，应用到人们的日常生活当中。现在，铝材的用量之多，范围之广，仅次于钢铁，成为第二大金属材料。

1、高强度铸造铝合金和变形铝合金

一般铸造铝合金包括AlSi系、AlCu系、AlMg系和AlZn系4个系列，其中以AlCu系和AlZn系铝合金的强度最高，但多数在200Mpa～300Mpa之间，高于400Mpa的只有AlCu系的少数几个牌号，但因采用精铝基体且加入贵重元素，制造成本很高；AlZn系铸造合金的耐热性能很差。因此，一般铸造铝合金与变形铝合金相比因强韧性稍逊使其应用范围受到较大的限制。许多重要用途如特种重载车负重轮、航空用铝合金等多采用变形铝合金，而不是铸造铝合金。变形铝合金通过挤压、轧制、锻造等手段减少了缺陷，细化了晶粒，提高了致密度，因而具有很高的强度、优良的韧性以及良好的使用性能。但是，对设备和工装模具要求高，工序多，因此变形铝合金生产周期长、成本很高。与变形铝合金相比，铸造铝合金具有价格低廉、组织各向同性、可以获得特殊的组织、易于生产形状复杂的零件、可以小批量生产也可以大批量生产等诸多优点。因此，开发出能够替代部分变形铝合金的高强韧铸造铝合金材料及其铸造成形工艺，可以达到以铸代锻、缩短制造周期、降低制造成本的目的，具有重要的理论意义和重大的实际应用价值。

在高强韧铸造铝合金的发展过程中，法国于20世纪初研制成功的A-U5GT占有重要的地位，在目前具有代表性的高强韧铸造铝合金中它的历史最久、应用最为广泛。我国目前没有与它对应的牌号。

2、高温铝合金

高温合金又称耐热高强合金、热强合金或超合金，是在20世纪40年代随着航空涡轮发动机的出现发展起来的一种重要金属材料，能在高温氧化气氛和燃气腐蚀条件下长期承受较大的工作负荷，主要用于燃气轮机的热端部件，是航空航天、舰船、发电、石油化工和交通运输工业的重要结构材料。其中有些合金亦可用于生物工程作骨科和齿科材料。

常用的高温合金包括镍基、铁基和钴基合金，能在600～1100℃高温环境下工作；而耐热铝合金则是冷战期间发展起来的。耐热高强铝合金适于在400℃以下的热环境中长期承受较大的工作载荷，在航空航天、重工机械等领域得到越来越多的应用。除航空涡轮发动机、燃气轮机等直接与高温燃气接触的部件之外，其余高温高压强动力部件均可采用耐热高强铝合金铸造。

由于铝合金比较容易加工，随着加工技术水平的提高，在强度满足要求的情况下，人们越来越多地采用变形铝合金替代铸造铝合金。因此耐热高强铝合金又分为铸造用合金和变形用合金两大类。

而在国民经济和国防现代化建设和发展中具有广泛用途和极光明前景的耐热高强变形铝合金，国内外文献中报导较少，已知的2219、2A02、2A04、2A06、2A10、2A11、2A12、2A14、2A16、2A17、2A50、2A70、2A80等2XXX系变形铝合金及7A04等7XXX系变形铝合金，在250℃以上温度下强度多数小于100Mpa，而其主要合金元素除Cu、Mn外，都是以Si、Mg、Zn作为主微合金化元素，而不添加这几种元素、且250℃以上温度下强度在150Mpa以上的耐热高强变形铝合金材料未见报导。

3、铝合金的变质处理

熔体的高质化处理是铝合金熔炼的核心环节和追求目标，同时是获得优质铝合金材料的基础和前提。高质化处理主要包括两个方面：一是纯净化，二是结构单元细化及均匀化。前者主要是采取把杂质固态化滤除和“以气除气”的方法降低熔体杂质和氢含量，工艺过程会产生废渣和废气；后者通常称为变质处理，是以添加剂或机械、物理方法使构成铝合金熔体及固溶体的基本单元--结晶体--的尺寸变得尽可能小、分布尽可能均匀，因添加剂进入合金熔体，成为合金的有效成份，因而过程中不产生废渣和废气。变质处理特别是使用高效变质剂是调整铝合金铸态组织的根本手段。而合金的制备工艺对合金性质有着重大影响，然后现在技术在制备合金时，得到的合金性质都不尽如人意。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种7075铝合金的双级时效处理工艺，以获得性能优异的7075铝合金。

本发明的技术方案是：一种7075铝合金的双级时效处理工艺，包含以下步骤：7075合金在450℃下保温24h均匀化，然后在420℃热轧成5mm的薄板，后经460℃/2h+480℃/1h双级固溶处理，最后进行双级时效工艺100-110℃/8-12h＋130-160℃/14-24h。

最佳双级时效工艺为：105℃/8h＋130℃/14h。

本发明的有益效果：

a.7075合金适宜的双级时效工艺为105℃/8h＋130℃/14h。在此条件下，合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率、硬度和电导率分别为500MPa，444MPa，11.1%，157和18.44S/m；

b.采用105℃/8h＋130℃/14h双级时效工艺，可以使合金在保持良好力学性能的同时，电导率有明显提高，抗应力腐蚀性能得到提高；

c.终时效温度对合金的强度和电导率影响最大，而塑性的主要影响因素是终时效时间；

d.适宜的双级时效工艺使晶内析出相呈细小弥散状分布，而合金的晶界析出相粗大、呈断续状分布，是在保证强度的前提下提高合金抗应力腐蚀性能的原因。

具体实施方式

实验用7075合金的半连续铸锭由东北轻合金有限责任公司提供，合金名义成分见表1。合金经450℃/24h均匀化，在420℃热轧成5mm的薄板，然后经460℃/2h+480℃/1h双级固溶处理。

对双级时效工艺的4个工艺参数(预时效温度θ1和时间t1、终时效温度θ2和时间t2)设计了L9(34)正交试验方案。然后，对实验结果进行极差分析，以确定最佳处理工艺。

常温力学性能试验在Instron8301型多功能力学性能试验机上完成，相对电导率测试按GB/T12966规定在7501型涡流电导仪上进行。TEM在TecnaiG2分析电镜上进行，加速电压为200kV。

合金正交试验方案与结果见表2。单级峰值时效合金的抗拉强度(σb)、屈服强度(σ0.2)、伸长率(δ)和电导率(σ)分别为496MPa，445MPa,9.5%和15.03S/m。与单级峰值时效状态下合金的性能比较，正交试验点1，6和8的双级时效后合金的综合性能较好。在这3个试验点中，合金强度保持较高的水平，而且电导率相对于单级时效合金明显提高，表明合金抗应力腐蚀能力增强。

7075合金在120℃时效时，合金硬度达到峰值的时间为24h。若在130~160℃范围内时效24h，合金均处在过时效状态。这样，时效温度越高，时效时间越长，合金过时效程度越深，晶内析出相越粗大，合金强度越低。因此，过高的终时效温度是晶内析出相粗化和强度降低的决定因素。为获得较高强度，必须严格控制终时效温度和终时效时间。当终时效温度为130℃，终时效时间为14h时，可防止因时效温度过高和时效时间过长而导致晶内析出相粗化而降低强度的现象。在130℃终时效条件下，时效初期，固溶体基体中残留的溶质原子迅速脱溶析出并扩散到已存在的G.P.区中，使其转变为η′相，或者η′相在已有的G.P.区上形核长大，使得其体积分数增加，析出粒子对位错运动的阻力增加，合金强度迅速升高。与此同时，固溶体中溶质原子过饱和度下降，晶格畸变程度减轻，电导率迅速上升。随着时效时间的延长，η′强化相析出增多但并未明显粗化，因此，合金强度仍保持较高水平。经验证，经105℃/8h＋130℃/14h双级时效的合金强度与单级峰值时效态相当。同时，由于高温下时效，溶质原子析出增多，基体贫化严重，大角度晶界上η粗化和不连续，使合金电导率和伸长率都得到提高。

对于Al-Zn-Mg系合金系列，基体组织决定合金的强度，而晶界组织决定合金的抗应力腐蚀性能。经105℃/8h＋130℃/14h双级时效处理后，合金基体晶内析出相呈细小弥散状分布，与峰值时效态类似，因而其强度与120℃/24h峰值时效的强度接近。与此同时，合金的晶界结构与过时效的结构相近：晶界析出相粗大、呈断续状分布，伴之以较明显的无沉淀析出带。根据阳极溶解模型和氢脆模型，这种晶界结构有助于提高合金的抗应力腐蚀性能。因此，采用双级时效工艺，可以使合金在保持高的综合力学的同时，电导率明显提高，抗应力腐蚀性能提高。

Claims (2)

1.一种7075铝合金的双级时效处理工艺，其特征在于：包含以下步骤：7075合金在450℃下保温24h均匀化，然后在420℃热轧成5mm的薄板，后经460℃/2h+480℃/1h双级固溶处理，最后进行双级时效工艺100-110℃/8-12h＋130-160℃/14-24h。

2.根据权利要求1所述的一种7075铝合金的双级时效处理工艺，其特征在于：最佳双级时效工艺为：105℃/8h＋130℃/14h。