CN105734468B - 一种提高7000系铝合金挤压制品组织均匀性的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高7000系铝合金挤压制品组织均匀性的热处理方法，属于金属材料处理技术领域。该方法包括（1）坯料预处理、（2）热挤压、（3）回复处理和（4）固溶时效四个阶段。通过预处理控制坯料中析出相的数量、种类和分布状况，从而抑制热挤压时的动态再结晶，同时也为固溶时的再结晶提供有效形核位置；热挤压后再进行回复处理，促进析出相继续析出以阻碍固溶时的晶粒长大，减少位错密度，释放合金内部的形变储能，以降低制品在后续热处理的再结晶驱动力；然后进行常规固溶时效处理。本发明技术简单易行，无需在现有挤压机或热处理设备上增加任何辅助设备；可有效改善7000系铝合金挤压制品长度方向和横断面上组织不均匀性。

Description

一种提高7000系铝合金挤压制品组织均匀性的热处理方法
技术领域
本发明涉及金属材料处理技术领域，特别是指一种提高7000系铝合金挤压制品组织均匀性的热处理方法。
背景技术
随着交通运输、航天航空等高新技术领域的快速发展，对高性能铝合金产品的需求不断增长，且对产品质量均匀性、一致性的要求不断提高，解决铝合金挤压制品的组织性能不均匀问题，对于提高铝合金挤压制品的质量、进一步提升我国轨道交通和航空航天装备的整体服役性能、满足国民经济高速发展的需要具有十分重要的意义[谢建新，刘静安.金属挤压理论与技术.北京：冶金工业出版社，2012]。
导致铝合金挤压制品组织性能不均匀性的主要原因之一是挤压金属变形的不均匀。由于挤压流动变形的特点，一般情况下，挤压过程中金属的实际变形程度由外层向内逐渐减少，且这种不均匀性程度随挤压的进行而增加，所以在挤压产品长度和横断面上会出现组织的不均匀性，并反映在性能不均匀上。
另一个主要原因是挤压过程中金属温度的不均匀。挤压成形过程中，由于塑性变形热、摩擦热、坯料与工模具之间的传热以及金属内部热传导等原因，导致挤压制品沿长度方向和横断面上存在温度分布不均匀现象。
对于金属流动不均匀性问题，可以通过挤压模具结构与尺寸优化设计、工艺方案与参数综合优化等方法得以改善[黄东男，李静媛，张志豪，等. 方形管分流模双孔挤压过程中金属的流动性. 中国有色金属学报，2010,20(3):488-495]。
对于挤压制品长度方向温度不均匀性问题，目前的主要解决方法是采用等温挤压。根据挤压金属的特点和具体挤压生产条件，可单独或综合采用速度闭环控制[李静媛,谢建新, 宋勇, 等. 铝镁合金预测模糊控制温度闭环等温挤压系统及方法. 中国发明专利, ZL201110346836.3, 2013-5-22.]、坯料梯温加热（冷却）[谢建新, 李静媛, 陈雨来,等. 一种实现挤压坯料温度梯度分布的装置与控制系统. 中国发明专利,ZL200910237523.7, 2011-03-30.]、模具液氮冷却[崔秀英. 液氮冷却模具挤压建筑制品试验研究. 轻合金加工技术, 1991, 19(4): 30-35.]、工艺参数综合控制[谢建新，张志豪，侯文荣，等.一种工艺参数综合控制等温挤压方法. 中国发明专利,ZL201210088373.X,2014-3-26]等技术实现等温挤压。
对于挤压制品横断面不均匀性的问题，目前的主要解决方法是模具结构优化设计和挤压工艺参数合理匹配，通过调节挤压过程中变形热、摩擦热及坯料与工模具的接触换热等各项热流的大小，以改善挤压制品横断面温度分布的不均匀程度[侯文荣，张志豪，谢建新，等. 基于挤压过程质点逆向追踪和热流分析的铝合金空心制品横断面温度不均匀性研究.2015，25（7）：1798~807]。
然而目前的等温挤压技术尚不能解决挤压制品横断面温度不均匀性问题，而模具结构和挤压工艺参数优化等方法目前也只能部分改善横断面温度不均匀性问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种提高7000系铝合金挤压制品组织均匀性的热处理方法，该方法包括以下阶段：
（1）坯料预处理：将7000系铝合金坯料在均匀化处理保温阶段结束时以均匀的降温速率V1冷却到温度T1，然后出炉空冷；其中，V1为0.1~2℃/min，T1为80℃~130℃；
步骤（1）目的是通过控制冷却速度以获得合适尺寸析出相，一方面可抑制热挤压时的动态再结晶，另一方面，挤压时析出相的周围由于大量位错塞积而形成局部形变带，从而增加形核位置，抑制晶粒长大。
（2）常规热挤压：将步骤（1）的预处理坯料以均匀的升温速率V2加热到温度T2，在温度T2下保温时间H1，然后进行挤压；其中，V2为10~20℃/min，T2为370~470℃，H1为10~30min。
（3）回复处理：将步骤（2）的挤压制品加热至温度T3，保温时间H2；其中，T3为230℃~380℃，H2为10~20h；
步骤（3）目的是一方面是减少位错密度，释放合金内部的形变储能，降低合金在后续热处理的再结晶驱动力；另一方面是析出部分析出相，以阻碍后续固溶处理阶段晶粒的长大。
（4）固溶+时效：将步骤（3）回复处理的挤压制品加热至470℃~480℃，保温0.5~1h，然后进行水淬，水淬后立即进行T6峰时效。此阶段由于合金的再结晶驱动力较低，同时预处理和回复处理阶段的析出相对晶界具有钉扎作用，从而抑制挤压时温度较高区域金属晶粒的再结晶长大，从而使挤压制品组织均匀。
其中，T6峰时效为在120℃下保温24h。更优的，V1为0.1~2℃/min；T1为90℃~125℃；T2为415℃~435℃；H1为20~30min。
本发明的核心思路是：在挤压坯料均匀化的冷却过程中通过控制冷却速度来控制坯料中析出相的数量、种类和分布状况，从而抑制热挤压时的动态再结晶，同时也为固溶时的再结晶提供有效形核位置；在挤压制品固溶时效之前，采用回复处理，一方面促进析出相继续析出以阻碍固溶时的晶粒长大，另一方面是减少位错密度，释放合金内部的形变储能，以降低制品在后续热处理的再结晶驱动力。其目的通过增加形核、抑制温度较高区域变形金属的再结晶和晶粒长大，改善因温度不均匀而导致的挤压制品长度和横断面组织性能的不均匀程度。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
（1）本发明所提供的方法与7000系铝合金现有的均匀化-挤压-固溶时效处理方法相比，能够有效改善制品的组织均匀性；
（2）本发明所提供的方法简单易行，无需在现有挤压机或热处理设备上增加任何辅助设备；
（3）采用本发明的预处理方法，除了可以改善坯料的成分坯偏析、较少晶界共晶相等，还可以有效降低坯料的硬度和变形抗力，从而使合金的可挤压性提高，挤压时挤压力相对较小。
总之，本发明提出坯料预处理-热挤压-回复处理-固溶时效的方法，可以在不增加辅助设备、不改变现有模具结构和挤压条件的前提下，提高挤压制品长度和横断面的组织性能均匀性，可以单独使用也可以作为上述等温挤压等技术的辅助方法。采用本发明提出的方法，可进一步提升铝合金挤压制品的综合性能，满足我国航空航天、轨道交通装备对高性能铝合金制品的要求。
附图说明
图1为本发明的提高7000系铝合金挤压制品组织均匀性的热处理方法工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的等温挤压技术尚不能解决挤压制品横断面温度不均匀性问题，提供一种提高7000系铝合金挤压制品组织均匀性的热处理方法。该方法包括坯料预处理、常规热挤压、回复处理和固溶+时效四个阶段。
实施例1：7050铝合金挤压棒材长度方向组织均匀性改善
以7050铝合金棒材挤压为例，挤压坯料长度500mm，挤压筒内径φ300mm，挤压比为14，采用工作带长度8mm的平模。挤压棒材沿挤压长度方向温度不均匀，最大温差可达到60℃，从而导致挤压棒材沿长度方向的组织性能不均匀。
采用本发明提出方法，首先将7050铝合金坯料在455℃保温24h然后以0.7℃/min的冷却速度冷却，待冷却到125℃空冷；将以上坯料以10℃/min的升温速率加热到415℃，保温30min，挤压筒预热到403℃，然后以1.32mm/min的速度进行挤压。将挤压得到的棒材在230℃保温20h进行回复处理，随后立即快速升温到480℃保温1h再室温水淬，然后立即进行T6峰时效即120℃/24h。采用上述方法，挤压棒材沿长度方向的组织均匀性比常规挤压方法提高约40%。
实施例2：7050铝合金挤压型材横断面组织均匀性改善
以7050铝合金L型材为例，挤压坯料长度为150mm，挤压筒内径φ190mm，挤压比为18.7，采用工作带长度为5mm的平模。挤压得到的L型材横断面温度不均匀，最大温差可达到35℃，从而导致挤压型材横断面组织性能不均匀。
采用本发明提出方法，首先将7050铝合金坯料，在455℃保温24h然后以0.3℃/min的冷却速度冷却，待冷却到90℃空冷，将以上坯料以20℃/min的升温速率加热到435℃，保温20min，挤压筒预热到425℃，然后以0.375mm/min的速度进行挤压。紧接着将挤压得到的型材在380℃保温10h进行回复处理，随后加热到480℃保温1h后水淬，然后立即采用120℃/24h的制度进行T6峰时效处理。采用上述方法，挤压型材横断面上的组织均匀性比常规挤压方法提高约25%。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种提高7000系铝合金挤压制品组织均匀性的热处理方法，其特征在于：包括如下阶段：
(1)坯料预处理：将7000系铝合金坯料在均匀化处理保温阶段结束时以均匀的降温速率V1冷却到温度T1，然后出炉空冷；其中，V1为0.1～2℃/min，T1为80℃～130℃；
(2)常规热挤压：将步骤(1)的预处理坯料以均匀的升温速率V2加热到温度T2，在温度T2下保温时间H1，然后进行挤压；其中，V2为10～20℃/min，T2为370～470℃，H1为10～30min；
(3)回复处理：将步骤(2)的挤压制品加热至温度T3，保温时间H2；其中，T3为230℃～380℃，H2为10～20h；
(4)固溶+时效：将步骤(3)回复处理的挤压制品加热至470℃～480℃，保温0.5～1h，然后进行水淬，水淬后立即进行T6峰时效。
2.根据权利要求1所述的提高7000系铝合金挤压制品组织均匀性的热处理方法，其特征在于：所述T6峰时效为在120℃下保温24h。
3.根据权利要求1所述的提高7000系铝合金挤压制品组织均匀性的热处理方法，其特征在于：所述T1为90℃～125℃。
4.根据权利要求1所述的提高7000系铝合金挤压制品组织均匀性的热处理方法，其特征在于：所述T2为415℃～435℃。
5.根据权利要求1所述的提高7000系铝合金挤压制品组织均匀性的热处理方法，其特征在于：所述H1为20～30min。
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