CN106834986B - 一种航空用铝合金均匀化热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种航空用7系铝合金均匀化热处理工艺，其采用三级均匀化热处理方法，第一级能够消除铸锭内应力，使低熔点相消失，将最终的均匀化温度提高到略高于T相熔点，可使铸锭在不过烧的情况下实现高温均匀化，均匀化过程中总时间减少，提高均匀化效果，同时采取金属定温，提高升温速率的方法，能够提高生产效率，实现节能效果。

Description

一种航空用铝合金均匀化热处理工艺
技术领域
本发明涉及高强铝合金热处理方法，具体是一种航空用铝合金均匀化热处理工艺，能够提高升温速率，缩短均匀化时间，提高生产率
背景技术
航空用铝合金主要特点是合金含量高，成分多，熔炼铸造后生成相复杂，脆性共晶化合物分布在晶界上，为确保板材成型及零部件的生产加工，需要对铸锭进行均匀化退火。
温度越高均匀化效果越高，所需要的时间越短，但铝合金铸锭中有低熔点的T相，为防止过烧，传统的均匀化退火工艺均在T相熔点温度以下，往往需要长时间退火，才能达到下一步加工的要求。在多级热处理过程中，往往因为升温速度慢，影响生产效率。
发明内容
本发明采用三级均匀化热处理方法，第一级能够消除铸锭内应力，使低熔点相消失，将最终的均匀化温度提高到略高于T相熔点，可使铸锭在不过烧的情况下实现高温均匀化，均匀化过程中总时间减少，提高均匀化效果。同时采取金属定温，提高升温速率的方法，能够提高生产效率，实现节能效果。
本发明主要是优化了航空用铝合金均匀化热处理工艺，针对航空用的7050开展研究，其技术方案为一种航空用7系铝合金均匀化热处理工艺，其特征在于，对航空用7系铝合金依次进行均匀化处理，多级回火处理，降温处理，具体过程为：
1）一级均匀化处理：将铝合金铸锭在420℃条件下进行保温6-8h;
2）二级均匀化处理：将一级均匀化处理后的铝合金铸锭升温至450℃条件下进行保温6-8h；升温速率为40℃/h
3）三级均匀化处理：将二级均匀化处理后的铝合金铸锭在475℃条件下进行保温8-12h；
4）铝合金热轧：将均匀后处理后的铝合金铸锭在440℃温度下热轧成4-8mm的铝合金板材；
5）铝合金冷轧：将铝合金热轧板在常温下轧制成2-4mm的铝合金板材；
6）一级固溶处理：将铝合金板材在盐浴炉中加热，加热温度为455℃，保温时间为30-240min；
7）二级固溶处理：将一级固溶处理后的板材继续升温至475℃，保温时间为30-120min；
8）时效处理：时效处理加热温度为120℃，保温时间为10-30h，根据合金成分和性能要求调整保温时间。
进一步地，所述三级均匀化退火在475℃进行保温，温度在熔点临界点，实现高温均匀化，提高效果
进一步地，所述均匀化热处理加热时升温速率保持在40℃/h，提高生产率
进一步地，所述均匀化退火进行金属定温，埋偶生产的方法
进一步地，按重量百分比所述航空用铝合金由以下组分组成：Mg1.0-2.4%，Cu1.0-2.4%，Zn4.0-9.0%，Zr0.1-0.3%，余量为Al和杂质元素。
进一步地，所述的航空用铝合金中每种杂质元素的含量为0-0.05%，所有杂质的总含量为0-0.15%。
本发明的有益效果是：
1、均匀化热处理工艺之前需要对铸态组织先预先去应力退火，消除内应力，本发明不需要去应力退火工序，可直接进行均匀化热处理工艺，第一级420℃热处理工艺能够同时起到去除铝合金铸锭内应力作用。
2、本发明第一级热处理420℃在去除内应力的基础上，实现部分合金元素的扩散；第二级热处理为450℃，主要目的能够使低熔点相中的Zn元素完全扩散，低熔点相消失，防止第三级热处理时过烧，提高均匀化效果。
3、节省时间，提高生产率。本发明三级均匀化热处理温度依次为420℃、450℃、475℃，温度高，均匀化进程加快，提高了生产率。现有技术一般生产工艺为，单级均匀化处理加热温度为455℃，保温60h以上；二级均匀化处理工艺为435℃×12h+465℃×36h，耗费时间为48h，本发明三级均匀化热处理工艺，耗费时间最高为8+8+12+4+2=34h，能够大幅度缩短生产时间，提高生产率。
4、本发明采取金属定温，埋偶生产的方法，升温时间为40℃/h，升温时间快，提高生产率。
5、本发明的热处理工艺使合金元素扩算更加充分，效果明显，主加Zn元素从晶界处完全扩散结束。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明工艺方法的简化图；
图2是本发明铝合金一级热处理后的金相组织；
图3是本发明铝合金二级热处理后的金相组织；
图4是本发明铝合金三级热处理后的金相组织；
图5是本发明铝合金均匀化热处理后的金相组织500X；
图6是本发明中实施例1经热处理工艺后的金相组织示意图；
图7是本发明中实施例2经热处理工艺后的金相组织示意图；
图8是本发明中实施例3经热处理工艺后的金相组织示意图。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
对铝合金成分进行检测，确定主加合金元素含量，检测方法为确保准确，一般采用化学分析法，采用ICP检测，如7050铝合金，铸锭扁锭，横截面积尺寸为600×1600，经成分检测结果为表1，符合7050铝合金成分范围。
表1 铸锭成分检测结果
合金元素 Zn Mg Cu Fe Si
成分含量 6.152 2.387 2.291 0.051 0.036
本发明主要是优化了航空用铝合金均匀化热处理工艺，可应用于主加Zn元素成分相近的铝合金，采取三级均匀化热处理等工艺。
具体工艺：均匀化热处理：一级热处理加热温度为420℃，热炉加料，金属定温，埋偶生产，保温时间为6-8h，主要目的是消除铸锭内应力，使部分Zn元素扩散。
二级热处理加热温度为450℃，升温速度为40℃/h，保温时间6-8h，金属定温。主要是使低熔点T相中的Zn元素扩散，T相转变为S相，提高最低熔点，防止过烧。
三级热处理加热温度为475℃，升温速度为40℃/h，保温8-12h，金属定温。主要是在尽可能高的温度下扩散，提高扩散效果，缩短均匀化时间。
二级固溶处理：第一级淬火温度为455℃，盐浴炉中保温时间0.5-4h；第二级淬火温度为475℃，保温时间为0.5-2h
时效处理：单级时效，加热温度为110-160℃，保温时间为10-30h。
实施案例1
航空用铝合金铸锭经420℃×8h+450℃×8h+475℃×12h均匀化处理后效果良好，与铸态组织相比，晶界处粗大共晶组织基本消失，仅有的少量组织不再连续，断开，呈粒状或短线状，晶界不再明显，经能谱分析，能谱分析结果表2所示，Zn元素扩散完毕，晶界处不再含有Zn元素，晶界处粒状和短线状的元素主要是Al，Cu，Mg,不再有脆性大的T相，主要由S相和θ相组成。
表2 均匀化三级热处理工艺能谱分析结果
Element Al Zn Mg Cu
Spot1 49.72 0 22.36 16.74
Spot2 50.26 0 19.99 15.96
Spot3 59.35 0.98 15.02 12.15
实施案例2
航空用铝合金铸锭经420℃×7h+450℃×7h+475℃×11h均匀化处理后效果良好，与铸态组织相比，晶界处粗大共晶组织基本消失，仅有的少量组织不再连续，断开，呈粒状或短线状，晶界不再明显，经能谱分析，能谱分析结果表3所示，Zn元素基本扩散完毕，含量极低，晶界处粒状和短线状的元素主要是Al，Cu，Mg,不再有脆性大的T相，主要由S相和θ相组成。
表3均匀化三级热处理工艺能谱分析结果
Element Al Zn Mg Cu
Spot1 55.49 1.56 23.53 17.06
Spot2 58.35 1.4 22.69 15.21
Spot3 86.22 2.32 6.49 3.15
实施例3
航空用铝合金铸锭经420℃×6h+450℃×6h+475℃×10h均匀化处理后效果良好，与铸态组织相比，晶界处粗大共晶组织基本消失，仅有的少量组织不再连续，断开，呈粒状或短线状，晶界不再明显，经能谱分析，能谱分析结果表3所示，Zn元素扩散完毕，晶界处不再含有Zn元素，晶界处粒状和短线状的元素主要是Al，Cu，Mg,不再有脆性大的T相，主要由S相和θ相组成。
表4均匀化三级热处理工艺能谱分析结果
Element Al Zn Mg Cu
Spot1 76.41 0 0 15.12
Spot2 76.68 0 0 13.88
Spot3 77.51 0 2.55 7.93
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种航空用铝合金均匀化热处理工艺，其特征在于，对航空用铝合金依次进行一级、二级、三级均匀化热处理后，将铝合金板材制备成2-8mm的板材，将铝合金板材进行固溶时效处理，固溶处理采取双级固溶的方式，进行具体过程为：
1）一级均匀化处理：将铝合金铸锭在420℃条件下进行保温6-8h;
2）二级均匀化处理：将一级均匀化处理后的铝合金铸锭升温至450℃条件下进行保温6-8h；升温速率为40℃/h
3）三级均匀化处理：将二级均匀化处理后的铝合金铸锭在475℃条件下进行保温8-12h；
4）铝合金热轧：将均匀化处理后的铝合金铸锭在440℃温度下热轧成4-8mm的铝合金板材；
5）铝合金冷轧：将铝合金热轧板在常温下轧制成2-4mm的铝合金板材；
6）一级固溶处理：将铝合金板材在盐浴炉中加热，加热温度为455℃，保温时间为30-240min；
7）二级固溶处理：将一级固溶处理后的板材继续升温至475℃，保温时间为30-120min；
8）时效处理：时效处理加热温度为110-160℃，保温时间为10-30h，根据合金成分和性能要求调整保温时间；
所述均匀化热处理加热时升温速率保持在40℃/h。
2.根据权利要求1所述的一种航空用铝合金均匀化热处理工艺，其特征在于，所述均匀化热处理工艺采用多级加热方法。
3.根据权利要求1所述的一种航空用铝合金均匀化热处理工艺，其特征在于，固溶处理均在盐浴炉中进行，二级固溶温度高于一级固溶温度。
4.根据权利要求1所述的一种航空用铝合金均匀化热处理工艺，其特征在于，按重量百分比所述航空用铝合金由以下组分组成：Mg1.0-2.4%，Cu1.0-2.4%，Zn4.0-9.0%，Zr0.1-0.3%，余量为Al和杂质元素。
5.根据权利要求1所述的一种航空用铝合金均匀化热处理工艺，其特征在于，所述的航空用铝合金中每种杂质元素的含量为0-0.05%，杂质含量低，所有杂质的总含量为0-0.15%。
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