CN106167884B - 一种Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金的多级热处理工艺 - Google Patents

一种Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金的多级热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种Al‑Mg‑Si‑Cu‑Zr‑Sc铝合金的多级热处理工艺,本发明热处理工艺采用三级强化升温固溶热处理工艺,其热处理为:首先在230±5℃温度下保温1‑2小时,然后升温至550±5℃温度下保温1‑2小时,最后升温至575±5℃保温0.5‑1小时后立即在室温的水中淬火5分钟,其中淬火转移时间小于10秒;然后进行单级时效热处理:在170℃温度下保温12‑16小时。本发明的优点是:可以使合金中粗大的非平衡相得以充分溶解和均匀化、固溶体过饱和度增加与晶界共晶相应力集中趋势减小,晶界为断续状分布的晶界析出相,在实现高强度(σs≥443MPa)的同时兼具较好的塑性(δ≥17%)。

Description

一种A卜Mg-S i -Cu-Zr-Sc铝合金的多级热处理工艺
技术领域:
[0001] 本发明涉及一种Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金的三级升温固溶热处理工艺,属于铝 合金热处理技术领域。
背景技术:
[0002]高强度高韧性Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金具有密度低、强度高、耐腐蚀、热加工性 能好等优点,是航空航天、交通运输领域的重要结构材料。随着航空航天、交通运输等工业 技术的发展,对结构材料的要求逐渐提高。通过微合金化可以有效抑制Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc 铝合金再结晶和晶粒长大、保持变形回复组织。Zr、Sc是到目前为止所发现的对抑制铝合金 再结晶最为有效的两种合金元素,在铝合金中复合添加Zr、Sc可提高Al-Mg-Si-Cu合金的强 度、塑性、耐蚀和焊接等性能。另外,铝合金中复合添加Zr、Sc对合金热处理过程中的组织性 能变化有着显著影响,当前对Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金热处理技术的认识还不够深入和 系统,缺乏有效的理论依据和数据积累,因此亟待对Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金的热处理工 艺开展系统深入的研究。
发明内容:
[0003]本发明所要解决的技术问题是,本发明一种Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金的多级热 处理工艺,包括固溶处理和时效处理,所述固溶处理采用三级强化升温,所述固溶处理启始 温度在230±5°C温度下保温卜2小时,然后所述固溶处理温升温至550±5-C温度下保温卜2 小时,最后所述固溶处理温度升温至575±5°C保温0.5-1小时,所述时效处理为单级时效处 理,并且处理时间满足:在170°C温度下保温12-16小时。
[0004] 作为优选,所述Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金的化学成分为:Mg的质量分数为1.0% 〜1.4%,Si的质量分数为0 • 8%〜1 • 3%,Cu的质量分数为0.9%〜1.3%,Zr的质量分数为 0.05%〜0_15%,Sc的质量分数为0.02%〜0.06%,其余组分为A1。
[0005]作为优选,所述固溶处理在温度575 ± 5 °C保温0 • 5-1小时后立即在室温的水中淬 火5分钟。
[0006]作为优选,所述淬火转移时间小于10秒钟。
[0007]与现有技术相比,本发明的有益之处是:本发明系统研究了固溶温度,固溶时间对 一种Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金力学性能及微观组织的影响。通常情况,在不发生过烧的状 态下,固溶温度越高,回溶的合金元素浓度也就越大,也就提高了合金的固溶程度,淬火后 的过饱和固溶体的浓度也就越高,使合金时效析出的相变驱动力增大,析出相增加,时效后 产生的析出相细小、弥散沿晶界分布,阻碍位错运动,从而可以提高合金的强度;而影响固 溶处理的主要因素有固溶温度、保温时间和冷却速度,其中固溶温度的影响最大,而保温时 间也对合金强度有较大的影响,合金第二相粒子有足够的时间溶入基体中,在随后的淬火 中形成过饱和固溶体,从而在时效过程中析出更多的强化相,因此强度提高,然而固溶处理 时的加热,除了发生强化相溶解外,也可能发生再结晶和晶粒长大过程,因此固溶温度不宜 过高,保温时间不宜过长。合金中加入Zr、Sc后,其在热处理过程中抑制再结晶的能力显著 增强,固溶热处理的温度可以适当提高。
[0008] 与现有技术比较,本发明采用了三级升温强化固溶处理的技术方案,使该合金首 先在230±5。(:温度下保温1-2小时,然后升温至550±5°C温度下保温1-2小时,最后升温至 575±5°C保温0.5-1小时后立即取出水淬;然后进行单级时效热处理:在170°C温度下保温 12-16小时;第一级固溶处理属于针对A13Zr、A13Sc的低温预处理,通过高温处理之前适当 的预处理来控制A13Zr、A13Sc弥散相的尺寸及其弥散程度;第二级固溶热处理为常规处理, 其目的是使合金中Mg、Si、Cu等强化元素固溶,在此阶段大部分低熔点化合物溶解于铝基体 内,但依然会有少量化合物未溶解;第三级固溶热处理为强化处理,随着温度升高,Mg、Si、 Cu等强化元素的固溶程度进一步提高;通过三级升温强化固溶处理,一方面合金中大部分 低熔点等原子均匀细小的分布在晶界处,达到抑制固溶处理后再结晶晶粒长大的目的,另 一方面铝基体中强化元素浓度升高,为随后的时效处理提供良好的基础。而单级固溶处理 中原子来不及均匀扩散就发生了自身的长大,导致抑制再结晶晶粒长大的效果减弱,另外 合金元素在铝基体中的浓度也低于三级固溶。因此三级固溶较单级固溶可以显著提高合金 的力学性能。本发明提供的铝合金的固溶热处理方法提高了一种Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合 金的性能,使该合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率分别达到:4431^&、37010^、18%。因此扩 大了该种铝合金在工业领域的应用范围。
附图说明:
[0009] 下面结合附图对本发明进一步说明。
[0010]附图1为本发明实施例々卜Mg-Si—Cu-Zr-Sc招合金的化学成分表;
[0011] 附图2为本发明实施例Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金三级固溶时效处理后力学性能 表;
[0012]附图3为为本发明实施例Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金单级固溶时效处理后力学性 能表;
具体实施方式:
[0013] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述,图1至图3所示的一种A1 -Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金的多级热处理工艺,包括固溶处理和时效处理,所述固溶处理采用 三级强化升温,所述固溶处理启始温度在230±5。(:温度下保温1-2小时,然后所述固溶处理 温升温至550 ± 5°C温度下保温1-2小时,最后所述固溶处理温度升温至575 ± 5X:保温0.5_1 小时,所述时效处理为单级时效处理,并且处理时间满足:在17〇。(:温度下保温12-16小时。
[0014] 为了保Mg_Si—Cu—Zr—Sc招合金的力学性能,所述A1_Mg_Si—Cu—Zr_Sc招合金 的化学成分为:Mg的质量分数为1 • 〇%〜1 • 4%,Si的质量分数为〇.8%〜1.3%,Cu的质量分 数为0.9%〜1.3%,Zr的质量分数为〇_〇5%〜0.15%,Sc的质量分数为0.02%〜〇.〇6%,其 余组分为A1。
[0015] 为了保证Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金在固溶处理时能达到可控和可靠的力学性 能,所述固溶处理在温度575 ± 5°C保温0.5-1小时后立即在室温的水中淬火5分钟。
[0016]为了保证Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金在淬火后能达到一个满意的力学性能,所述 淬火转移时间小于10秒钟。
[0017]具体的,将成分如图1所示的Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金挤压棒材放入电阻炉进行 三级固溶处理:首先在230 °C温度下保温1小时,然后升温至55(TC温度下保温2小时,最后升 温至575°C保温0.5小时后立即在室温的水中淬火5分钟,其中淬火转移时间小于1〇秒;然后 进行单级时效热处理:在17(TC温度下保温14小时。图2是棒材固溶时效处理后的性能。
[0018] 对比例
[0019] 将同样成分的Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金挤压棒材放入电阻炉进行单级固溶处 理:升温至55(TC温度下保温2小时,然后在室温的水中淬火5分钟,其中淬火转移时间小于 10秒;然后进行单级时效热处理:在170°C温度下保温14小时。图3是棒材固溶时效处理后的 性能。
[0020] 从图2和图3可以看出,同样成分的Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金,在经过三级升温固 溶处理后,其抗拉强度、屈服强度、断后延伸率均比单级固溶处理有了较明显的提高。
[0021] 需要强调的是:以上仅是本发明的较佳实施例而己,并非对本发明作任何形式上 的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰, 均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1. 一种Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金的多级热处理工艺,包括固溶处理和时效处理,其特 征在于:所述固溶处理采用三级强化升温,所述固溶处理起始温度在230±5°C温度下保温 1-2小时,然后所述固溶处理温升温至550±5°C温度下保温1-2小时,最后所述固溶处理温 度升温至575 ± 5°C保温0.5-1小时,所述时效处理为单级时效处理,并且处理时间满足:在 170°C温度下保温12-16小时。
2.根据权利要求1所述的一种Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金的多级热处理工艺,其特征在 于:所述Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金的化学成分为:Mg的质量分数为1.〇%〜1.4%,Si的质 量分数为0.8%〜1.3%,Cu的质量分数为0.9%〜1.3%,Zr的质量分数为0.05%〜0.15%, Sc的质量分数为〇.〇2%〜0.06%,其余组分为A1。
3.根据权利要求1所述的一种Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金的多级热处理工艺,其特征在 于:所述固溶处理在温度575 ± 5°C保温0.5-1小时后立即在室温的水中淬火5分钟。
4.根据权利要求3所述的一种Al-Mg-Si-Cu-Zr-Sc铝合金的多级热处理工艺,其特征在 于:所述淬火转移时间小于10秒钟。
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