CN105951008A - 一种高强耐腐蚀铝合金的热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

一种高强耐腐蚀铝合金的热处理工艺，属于铝合金材料热处理技术领域。具体包括以下步骤：将热挤压变形之后的铝合金采用慢速升温固溶处理，之后进行三级时效处理；在三级时效过程中，首先以50～70℃/h的升温速率从室温升到120℃，然后保温24h；接着随炉以50～70℃/h的升温速率从120℃升温到170～190℃，然后保温40～120min，之后冷却到室温；最后将所得的合金以50～70℃/h的升温速率从室温升到120℃，然后保温24h，之后冷却到室温。本发明，在保证强度的前提下提高了合金的耐腐蚀性能，固溶及时效过程的慢速升温更有益于原子的扩散，容易使大的厚的构件受热均匀，更适合工业化生产。

Description

一种高强耐腐蚀铝合金的热处理工艺
技术领域
本发明涉及一种高强耐腐蚀Al-7.2Zn-2.3Mg-0.6Cu-0.3Mn-0.1Er-0.1Zr合金的热处理工艺，属于铝合金材料热处理技术领域。
背景技术
7xxx系铝合金作为一种高强铝合金，在航天工业、交通运输等行业中具有广泛的应用。7xxx系铝合金T6时效处理时强度最大，但是其抗腐蚀性能较差；双级过时效处理(T7X)提高了合金的抗腐蚀性能，但是合金的强度下降了10～15％。为了在兼顾强度的同时，提高合金的耐腐蚀性能，Cina提出了三级时效(RRA)热处理工艺，该工艺处理的合金，晶内分布着大量弥散细小的η、相和少量GP区，与峰时效状态的晶内组织类似；晶界处粗大的沉淀相不连续分布，与过时效状态的晶界组织相似；为此RRA热处理在兼顾了力学性能的同时提高了抗腐蚀性能，但是由于常规的RRA热处理工艺在高温下的回归时间较短，不利于工业生产。而且常规的RRA热处理工艺直接在一定温度下保温一段时间，缺少一个慢速升温的过程，不利于大厚构件的生产；除此之外，常规RRA热处理在第一级结束之后要出炉水淬，接着再进行回归处理，增加了生产过程的难度，不贴近实际的生产工艺。相比来说，降低回归温度，延长回归时间，同时在合金的固溶和时效过程中采用慢速升温工艺，并且在第一级时效之后直接随炉慢速升温到回归温度，将更有利于大构件的实际生产。
发明内容
本发明的目的是优化常规的三级时效热处理工艺，得到更贴近实际生产的三级时效工艺，使Al-7.2Zn-2.3Mg-0.6Cu-0.3Mn-0.1Er-0.1Zr合金在保持高强度的同时具备良好的耐腐蚀性能。
一种高强耐腐蚀Al-7.2Zn-2.3Mg-0.6Cu-0.3Mn-0.1Er-0.1Zr合金的热处理工艺，其中合金成分的质量百分比为：Zn：7.2～8.2％，Mg：2.0～3.0％，Cu：0.4～0.8％，Mn：0.2-0.5％，Zr：0.1～0.15％，Er：0.1～0.15％，余量为Al和不可避免的杂质，包括以下步骤：
第一步：固溶处理-水淬
将热挤压变形之后的铝合金进行固溶处理，即4个小时从室温升到470℃，之后保温2h，立即水淬；
第二步：三级时效处理
将第一步所得的合金进行时效处理，其中第一级时效热处理工艺为：以50～70℃/h的升温速率从室温升到120℃，然后保温24h；
第二级热处理工艺为：第一级时效处理所得的合金，直接随炉以50～70℃/h的升温速率从120℃升温到170～190℃，然后保温40～120min，之后冷却到室温；
第三级热处理工艺为：第二级热处理后所得的合金以50～70℃/h的升温速率从室温升到120℃，然后保温24h，之后冷却到室温。
进一步优选：第二级热处理工艺为170℃保温120min，或180℃保温60～120min，或190℃保温40～120min。
采用上述工艺可使合金的抗剥落腐蚀性能评级在PC级以上，抗拉强度>600Mpa，屈服强度>580Mpa。同时使用该工艺处理的合金的晶界析出相呈断续分布与T73状态合金的晶界组织相类似，有益于提高合金的耐腐蚀性能，晶内析出相呈细小弥散分布与T6状态的晶内组织类似，主要强化相为η、相，同时析出Al3(Er,Zr)粒子能够抑制再结晶。并且本发明的技术方案有如下特点：
(1)固溶及时效过程完全采用慢速升温，更有益于原子的扩散，容易使大的厚的构件受热均匀，更贴近实际的生产工艺；
(2)第一级时效结束之后直接随炉升温，简化了操作过程；
(3)降低了回归温度，延长了回归时间(第二级热处理工艺)，更适合工业化生产的需要；
(4)使Al-7.2Zn-2.3Mg-0.6Cu-0.3Mn-0.1Er-0.1Zr合金兼顾了T6和T73状态的综合性能。
附图说明
图1为本发明热处理工艺过程图；
图2为对比例1(T6处理)的晶内组织与晶界组织；
图3为对比例2(T73处理)的晶内组织与晶界组织；
图4为实施例1的晶内组织与晶界组织；
图5为该合金热处理后的亚晶组织结构图。
附图2为T6处理状态的晶内与晶界组织，此时晶界析出相连续分布，无明显的晶界无析出带，晶内析出相细小弥散分布，因此合金的力学性能较好，但是抗剥落腐蚀性能差。附图3为T73处理状态的晶内与晶界组织，晶界析出相离散分布，有明显的晶界无析出带，但是晶内析出相粗化，因此合金的抗腐蚀性能较好，但是力学性能差。附图4为本发明处理后的晶内及晶界组织，晶界析出相离散分布，有明显的晶界无析出带，且晶内析出相细小弥散分布。从上图的对比可以发现，本发明处理的合金晶内组织与T6状态相似，晶界组织与T73状态相似，为此本发明处理后的合金具有较高的强度及良好的抗腐蚀性能。同时本发明由于添加了Er，Zr元素，所以在热处理后能观察到析出的Al3(Er,Zr)粒子，如图5所示，该粒子能够抑制再结晶，更有益于合金的综合性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
对比例1
将热挤压变形之后的Al-7.2Zn-2.3Mg-0.6Cu-0.3Mn-0.1Er-0.1Zr合金用4h从室温升到470℃，之后保温2h，立即进行水淬；然后将固溶-水淬后所得的合金进行单级时效热处理，具体时效热处理工艺为：以50～70℃/h的升温速率从室温升到120℃，然后保温24h，之后冷却到室温。时效处理之后，根据GB/T22639-2008和GB/T228.1-2010分别进行剥落腐蚀及拉伸性能测试，实验结果见表一。
对比例2
将热挤压变形之后的Al-7.2Zn-2.3Mg-0.6Cu-0.3Mn-0.1Er-0.1Zr合金用4h从室温升到470℃，之后保温2h，立即进行水淬；然后将固溶-水淬后所得的合金行双级时效热处理，具体时效热处理工艺为：以50～70℃/h的升温速率从室温升到120℃，然后保温6h，之后随炉以50～70℃/h的升温速率从120℃升温到160℃，然后保温24h，之后冷却到室温。时效处理之后，根据GB/T22639-2008和GB/T228.1-2010分别进行剥落腐蚀及拉伸性能测试，实验结果见表一。
实施例1
将热挤压变形之后的Al-7.2Zn-2.3Mg-0.6Cu-0.3Mn-0.1Er-0.1Zr合金用4h从室温升到470℃，之后保温2h，立即进行水淬；然后进行时效热处理，第一级时效热处理工艺为将固溶-水淬后所得的合金以50～70℃/h的升温速率从室温升到120℃，然后保温24h；第二级热处理工艺为第一级时效处理所得的合金，直接随炉以50～70℃/h的升温速率从120℃升温到190℃，之后保温40min，然后冷却到室温；第三级热处理工艺为第二级热处理后所得的合金以50～70℃/h的升温速率从室温升到120℃，之后保温24h，然后冷却到室温。时效处理之后，根据GB/T22639-2008和GB/T228.1-2010分别进行剥落腐蚀及拉伸性能测试，实验结果见表一。
实施例2
将热挤压变形之后的Al-7.2Zn-2.3Mg-0.6Cu-0.3Mn-0.1Er-0.1Zr合金用4h从室温升到470℃，之后保温2h，立即进行水淬；然后进行时效热处理，第一级时效热处理工艺为将固溶-水淬后所得的合金以50～70℃/h的升温速率从室温升到120℃，然后保温24h；第二级热处理工艺为第一级时效处理所得的合金，直接随炉以50～70℃/h的升温速率从120℃升温到190℃，之后保温60min，之后冷却到室温；第三级热处理工艺为第二级热处理后所得的合金以50～70℃/h的升温速率从室温升到120℃，之后保温24h，之后冷却到室温。时效处理之后，根据GB/T22639-2008和GB/T228.1-2010分别进行剥落腐蚀及拉伸性能测试，实验结果见表一。
实施例3
将热挤压变形之后的Al-7.2Zn-2.3Mg-0.6Cu-0.3Mn-0.1Er-0.1Zr合金用4h从室温升到470℃，之后保温2h，立即进行水淬；然后进行时效热处理，第一级时效热处理工艺为将固溶-水淬后所得的合金以50～70℃/h的升温速率从室温升到120℃，然后保温24h；第二级热处理工艺为第一级时效处理所得的合金，直接随炉以50～70℃/h的升温速率从120℃升温到180℃，之后保温60min，之后冷却到室温；第三级热处理工艺为第二级热处理后所得的合金以50～70℃/h的升温速率从室温升到120℃，之后保温24h，之后冷却到室温。时效处理之后，根据GB/T22639-2008和GB/T228.1-2010分别进行剥落腐蚀及拉伸性能测试，实验结果见表一。
实施例4
将热挤压变形之后的Al-7.2Zn-2.3Mg-0.6Cu-0.3Mn-0.1Er-0.1Zr合金用4h从室温升到470℃，之后保温2h，立即进行水淬；然后进行时效热处理，第一级时效热处理工艺为将固溶-水淬后所得的合金以50～70℃/h的升温速率从室温升到120℃，然后保温24h；第二级热处理工艺为第一级时效处理所得到的合金，直接随炉以50～70℃/h的升温速率从120℃升温到170℃，之后保温120min，之后冷却到室温；第三级热处理工艺为第二级热处理后所得的合金以50～70℃/h的升温速率从室温升到120℃，之后保温24h，之后冷却到室温。时效处理之后，根据GB/T22639-2008和GB/T228.1-2010分别进行剥落腐蚀及拉伸性能测试，实验结果见表一。
表一
试样编号 剥落腐蚀评级 σ(MPa) σ0.2(MPa) δ(％)
对比例1 EC 656.5 618 9.5
对比例2 PC 548 511.5 12.3
实施例1 PC 611.5 597.5 8.5
实施例2 PC 601.5 584 9.5
实施例3 PC 634.5 624.5 8
实施例4 PC 636 624.5 7.5
对比表一可以发现，本发明处理的合金，抗剥落腐蚀等级都能达到T73的等级，与T6态相比，抗拉强度损失率为3％～8％(T73抗拉强度损失率为16.5％)，屈服强度几乎没损失，甚至高于T6态。由此可见本发明在保证了合金强度的同时，提高了合金的耐腐蚀性能。

Claims (3)

1.一种高强耐腐蚀Al-7.2Zn-2.3Mg-0.6Cu-0.3Mn-0.1Er-0.1Zr合金的热处理工艺，其特征在于，其中合金成分的质量百分比为：Zn：7.2～8.2％，Mg：2.0～3.0％，Cu：0.4～0.8％，Mn：0.2-0.5％，Zr：0.1～0.15％，Er：0.1～0.15％，余量为Al和不可避免的杂质，包括以下步骤：
第一步：固溶处理-水淬
将热挤压变形之后的铝合金进行固溶处理，即4个小时从室温升到470℃，之后保温2h，立即水淬；
第二步：三级时效处理
将第一步所得的合金进行时效处理，其中第一级时效热处理工艺为：以50～70℃/h的升温速率从室温升到120℃，然后保温24h；
第二级热处理工艺为：第一级时效处理所得的合金，直接随炉以50～70℃/h的升温速率从120℃升温到170～190℃，然后保温40～120min，之后冷却到室温；
第三级热处理工艺为：第二级热处理后所得的合金以50～70℃/h的升温速率从室温升到120℃，然后保温24h，之后冷却到室温。
2.根据权利要求1所述一种高强耐腐蚀Al-7.2Zn-2.3Mg-0.6Cu-0.3Mn-0.1Er-0.1Zr合金的热处理工艺，其特征在于，第二级热处理工艺为170℃保温120min，或180℃保温60～120min，或190℃保温40～120min。
3.根据权利要求1所述一种高强耐腐蚀Al-7.2Zn-2.3Mg-0.6Cu-0.3Mn-0.1Er-0.1Zr合金的热处理工艺，其特征在于，所得合金的抗剥落腐蚀性能评级在PC级以上，抗拉强度>600Mpa，屈服强度>580Mpa。
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