CN105821353A - 一种提高Al-Zn-Mg合金强度的时效热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

一种提高Al‑Zn‑Mg合金强度的时效热处理工艺，是选择硬度值HV为85‑115的T4态Al‑Zn‑Mg合金，进行二级人工时效；在保持合金延伸率不变化的同时，可以有效提高屈服强度及抗拉强度，较T6处理态的屈服强度最高提高9.0％，抗拉强度最高提高10.7％，人工时效时间缩短至20h以内,能耗小，且操作简单。本发明利用原材料出厂时的T4态直接与双级时效工艺配合，省去了在人工时效前的一道固溶工序，解决了常规时效时，固溶处理与人工时效之间停放时间长短不好控制的问题；特别是采用硬度指标，定量描述了合金进行双级时效工艺前应该达到的状态或者是合金的预时效状态，方便实际工业中的应用。适于工业化应用。

Description

一种提高Al-Zn-Mg合金强度的时效热处理工艺
技术领域
本发明公开了一种提高Al-Zn-Mg合金强度的时效热处理工艺，属于铝合金热处理技术领域。
背景技术
Al-Zn-Mg合金是一种可热处理强化的中高强可焊合金，由于其良好的比强度，成型性能，焊接性能等优良特性而被作为承载结构件材料广泛运用于各类轨道车辆建造中。传统的T6双级时效热处理工艺中，合金经固溶处理后直接进行例如100℃/8h+120℃/24h时效处理。T5工艺，合金高温挤压成型后自然时效40天进行105℃/12h+150℃/8h双级人工时效。，一部分工艺对固溶处理与人工时效之间的转移时间做了严格限定，并且时间很短(比如低于30秒)，这对实际生产运用而言无疑是不利的；而另一部分工艺虽然论证了在人工时效前，进行一定时间的自然时效预处理对机械性能有利，但是在对自然时效处理效果的衡量标准方面不够合理，仅仅简单的以自然时效多少小时或多少天来衡量，忽略了实际生产中，因环境因素带来的对自然时效响应速率的影响，不够严谨，从而可能导致不同批次热处理的材料出现性能不稳定的状况。
传统双级时效热处理工艺，人工时效时间普遍在20h以上，人工时效时间过长，对生产效率不利。此外，材料强度较T6处理态提高不明显。
Al-Zn-Mg合金原材料出厂状态大多为T4态，虽然T4态的该合金在实践中也有被大量使用，但在对力学性能要求更高的场合，则必须采用其他时效处理，常规处理方法是重新固溶后再做T6处理，需两道工序完成。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高Al-Zn-Mg合金强度的时效热处理工艺，采用本发明时效热处理工艺处理后的Al-Zn-Mg合金，在不损失延伸率的前提下，可有效提高合金的屈服强度及抗拉强度；且人工时效时间缩短至20h以内。
本发明一种提高Al-Zn-Mg合金强度的时效热处理工艺，是采用下述方案实现的：
选择硬度值HV为85-115的T4态Al-Zn-Mg合金，依次进行一级人工时效及二级人工时效。
本发明一种提高Al-Zn-Mg合金强度的时效热处理工艺，所述硬度值HV为85-115的T4态Al-Zn-Mg合金是将已均匀化处理Al-Zn-Mg合金铸件经465-475℃保温55-65min水淬后，时效至合金硬度为HV 85-115；所述时效选自温度小于等于50℃的自然时效或人工时效。时效越充分，后续的人工时效效果越佳。
本发明一种提高Al-Zn-Mg合金强度的时效热处理工艺，所述一级人工时效工艺参数为：保温温度105-115℃，保温时间9-11h；二级人工时效工艺参数为：保温温度135-145℃，保温时间7-9h，且从一级人工时效保温温度升温至二级人工时效保温温度的时间小于等于20min。
本发明一种提高Al-Zn-Mg合金强度的时效热处理工艺，所述Al-Zn-Mg合金，包括下述组分按质量百分比组成：Zn：3.8～5.0；Mg：1.0～2.0；Cu：﹤0.2；Mn：0.2～0.7；Fe：﹤0.35；Cr：﹤0.3；Si：﹤0.3；Ti：﹤0.2；Zr：﹤0.25；V：﹤0.1；Al：余量(wt.％)。
本发明一种提高Al-Zn-Mg合金强度的时效热处理工艺，处理后的Al-Zn-Mg合金屈服强度在354.8-395.8Mpa，抗拉强度407.6-448.2Mpa，延伸率与T6态Al-Zn-Mg合金相当，但屈服强度较T6态Al-Zn-Mg合金的最多可提高9.0％，抗拉强度最多可提高10.7％。
需要说明的是，由于季节或地域因素导致自然时效温度有较大差异，导致合金在的自然时效响应速率不同，因此本专利中，不单独使用自然时效时间，而将自然时效温度和自然时效时间共同决定下的硬度值作为自然时效到某一合适状态的衡量标准。
当Al-Zn-Mg合金固溶处理后时效时间不充足，其硬度值仅达到90±5HV时，进行一级人工时效(在110±5℃时效10±1h)，及进行二级人工时效(在140±5℃时效8±1h)，Al-Zn-Mg合金可获得力学性能非常接近T6水平(达到T6抗拉强度的97％)。此方案适用于对材料力学性能要求相对而言不高的情况。当Al-Zn-Mg合金固溶处理后充分时效，其硬度值达到110±5HV时，进行一级人工时效(在110±5℃时效10±2h)，及进行二级人工时效(在140±5℃时效8±2h)，Al-Zn-Mg合金可获得超出T6态9.0％及10.7％的屈服强度和抗拉强度(395.8MPa；448.2MPa)，并且不损失延伸率(13.8％)。此方案适用于对材料力学性能要求高或者自然时效时间充裕的情况。
本发明的技术效果是：
1、利用原材料出厂时的T4态直接与双级时效工艺配合，省去了在人工时效前的一道固溶工序，解决了常规时效时，固溶处理与人工时效之间停放时间长短不好控制的问题；特别是采用硬度指标，定量描述了合金进行双级时效工艺前应该达到的状态或者是合金的预时效状态，方便实际工业中的应用。
2、通过上述时效工艺处理，省去了现有技术中在进行人工时效前需再次固溶的工序。
3、解决了传统时效工艺中对固溶与人工时效之间，停放时间长短不好控制的问题。
4、在保持延伸率不变化的同时，可以有效提高屈服强度及抗拉强度，较T6处理态的屈服强度最高提高9.0％，抗拉强度最高提高10.7％。
5、人工时效时间缩短至20h以内,能耗小，且操作简单，适于工业化应用。
附图说明
附图1为合金在平均温度5℃及25℃温度下的自然时效硬度变化曲线。
附图2为实施例1、2、3以及T4、T5、T6状态Al-Zn-Mg合金的工程应力应变曲线。
从附图1可以看出，在平均温度为25℃自然时效，30天后，硬度逐渐趋于稳定状态，并最终稳定在110HV附近。而在平均温度为5℃自然时效时，时效响应速率明显降低，以自然时效30天为例，25℃及5℃条件下达到的硬度值分别为106HV及94HV。在上述情况下，如果不排除温度的干扰，仅以时效时间作为自然时效状态的评判依据，显然是不精确的，特别是在实际生产中，由于工厂所处不同纬度，自然时效所处不同季节时，就必须采用具有唯一性的参量来描述自然时效的状态，比如硬度。
附图2中，曲线1为实施例1处理后的试件的应力应变曲线；
曲线2为实施例2处理后的试件的应力应变曲线；
曲线3为实施例3处理后的试件的应力应变曲线；
曲线4为T4状态试件的应力应变曲线；
曲线5为T5状态试件的应力应变曲线；
曲线6为T6状态试件的应力应变曲线；
从附图2可以看出，实施例3，即自然时效到110HV进行专利所述双级时效后具有最好的力学性能。此外，随着合金自然时效处理后硬度的提升，经专利所述双级时效处理后获得的力学性能也是逐渐增强的。
具体实施方式
本发明将通过三个实施例作进一步说明，但本发明的具体实施方案不仅限于下述实施实例。
三个实施例所用Al-Zn-Mg合金，各合金元素具体含量为：
Zn：3.82；Mg：1.62；Cu：0.2；Mn：0.4；Fe：0.35；Cr：0.3；Si：0.3；Ti：0.2；Zr：0.25；V：0.1；Al：余量(wt.％)。
三个实施例处理后合金的屈服强度、抗拉强度、延伸率以及同样组分的合金经过T4、T5、T6处理后的屈服强度、抗拉强度、延伸率数据均记录在表1中。
实施例1
将Al-Zn-Mg合金在470℃固溶1h后淬火，然后进行自然时效处理，用维氏硬度计跟踪合金的硬度变化，当自然时效至硬度为90±5HV时，在110℃时效10h，经过20min线性升温后，在140℃时效8h。
实施例2
将Al-Zn-Mg合金在470℃固溶1h后淬火，然后进行自然时效处理，用维氏硬度计跟踪合金的硬度变化，当自然时效至硬度为100±5HV时，在110℃时效10h，经过20min线性升温后，在140℃时效8h。
实施例3
将Al-Zn-Mg合金在470℃固溶1h后淬火，然后进行自然时效处理，用维氏硬度计跟踪合金的硬度变化，当自然时效至硬度为110±5HV时，在110℃时效10h，经过20min线性升温后，在140℃时效8h。
表1
屈服轻度(MPa) 抗拉强度(MPa) 延伸率(％)
实施例1 354.8 407.6 15.1
实施例2 384.2 433.5 15.0
实施例3 395.8 448.2 13.8
T4处理 257.0 416.2 21.4
T5处理 341.1 385.4 13.8
T6处理 363.2 404.8 13.1
从表1的数据可以看出：实施例1与T6处理获得的力学性能相当，而实施例3则在屈服强度、抗拉强度方面较T6处理分别有9.0％及10.7％的提升，同时延伸率不降低。T6处理时，如果是单级人工时效，时效时间在100h以上；双级时效例如100℃/8h+120℃/24h，时效时间也超过30h；而本发明中，人工时效时间不超过20h。因此可以发现，本发明在提升力学性能的同时，人工时效时间也有较大幅度缩短。

Claims (7)

1.一种提高Al-Zn-Mg合金强度的时效热处理工艺，是选择硬度值HV为85-115的T4态Al-Zn-Mg合金，依次进行一级人工时效及二级人工时效。
2.根据权利要求1所述的一种提高Al-Zn-Mg合金强度的时效热处理工艺，其特征在于：所述硬度值HV为85-115的T4态Al-Zn-Mg合金是将已均匀化处理的Al-Zn-Mg合金铸件经465-475℃保温55-65min水淬后，时效至合金硬度为HV85-115。
3.根据权利要求2所述的一种提高Al-Zn-Mg合金强度的时效热处理工艺，其特征在于：所述时效选自自然时效或温度小于等于50℃的人工时效。
4.根据权利要求1所述的一种提高Al-Zn-Mg合金强度的时效热处理工艺，其特征在于：所述一级人工时效工艺参数为：保温温度105-115℃，保温时间8-12h；二级人工时效工艺参数为：保温温度135-145℃，保温时间6-10h。
5.根据权利要求4所述的一种提高Al-Zn-Mg合金强度的时效热处理工艺，其特征在于：从一级人工时效保温温度升温至二级人工时效保温温度的时间小于等于20min。
6.根据权利要求1所述的一种提高Al-Zn-Mg合金强度的时效热处理工艺，其特征在于：所述Al-Zn-Mg合金，包括下述组分按质量百分比组成：Zn：3.8～5.0；Mg：1.0～2.0；Cu：﹤0.2；Mn：0.2～0.7；Fe：﹤0.35；Cr：﹤0.3；Si：﹤0.3；Ti：﹤0.2；Zr：﹤0.25；V：﹤0.1；Al：余量(wt.％)。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种提高Al-Zn-Mg合金强度的时效热处理工艺，其特征在于：处理后的Al-Zn-Mg合金屈服强度在354.8-395.8Mpa，抗拉强度407.6-448.2Mpa。
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