CN108103372A - Al-Zn-Mg-Cu-Mn-Er-Zr铝合金三级时效工艺 - Google Patents

Al-Zn-Mg-Cu-Mn-Er-Zr铝合金三级时效工艺 Download PDF

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Abstract

Al‑Zn‑Mg‑Cu‑Mn‑Er‑Zr铝合金三级时效工艺，属于有色金属技术领域。首先对合金慢速升温固溶处理，从室温升至475℃，升温时间4h，保温2h，室温水冷淬火；之后进行慢速升温三级时效热处理，第一级时效从室温升到120℃，升温速率1℃/min，保温24h；第二级时效以1℃/min升温速率随炉从120℃升至180～200℃，保温20～120min，冷却到室温；第三级时效将所得的合金以1℃/min的升温速率从室温升到120℃，保温24h，冷却到室温。本发明获得抗剥落腐蚀性能评级在PC级以上，抗拉强度>570Mpa，屈服强度>540Mpa的合金。

Description

Al-Zn-Mg-Cu-Mn-Er-Zr铝合金三级时效工艺
技术领域
本发明属于有色金属技术领域，涉及一种高强耐腐蚀Al-5.6Zn-2.1Mg-1.2Cu-0.1Mn-0.1Er-0.1Zr铝合金的三级时效热处理工艺。
背景技术
Al-Zn-Mg-Cu系铝合金属于可强化处理铝合金，以其低密度、高比强度及韧性好的优势，在航天工业、交通运输等行业中具有广泛的应用。Al-Zn-Mg-Cu系铝合金单级时效(T6)处理时强度最高，但其耐腐蚀性能较差；双级过时效处理(T7X)虽提高了合金的耐腐蚀性能，但是合金的强度下降了10～15％。本发明为兼顾合金的力学性能和耐腐蚀性能，开发出三级时效(RRA)热处理制度，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；因此该状态下合金同时具有良好的力学性能和耐腐蚀性能。
本发明合金基于应用成熟的7075合金成分，通过降低Cu元素的含量，复合添加Er、Zr微合金化元素，提出一种新型Al-5.6Zn-2.1Mg-1.2Cu-0.1Mn-0.1Er-0.1Zr铝合金。Er元素具有细化晶粒、抑制再结晶及钉扎位错的作用，有利于提高合金的综合性能。
常规的三级时效热处理工艺中第二级回归处理，在高温下的回归时间较短，不利于工业生产。且常规的三级时效热处理工艺直接在某温度下保温一段时间，缺少一个慢速升温的过程，不利于工业大构件的生产；此外，常规三级时效热处理在第一级时效结束后要出炉水淬，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，本发明降低回归温度，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生产。
发明内容
本发明提供一种高强耐腐蚀Al-5.6Zn-2.1Mg-1.2Cu-0.1Mn-0.1Er-0.1Zr铝合金的三级时效热处理工艺，通过采用慢速升温速率及调整第二级时效工艺，得到适用于工业条件下的三级时效工艺，使处理后合金兼顾良好的力学性能和耐腐蚀性能。
一种高强耐腐蚀Al-5.6Zn-2.1Mg-1.2Cu-0.1Mn-0.1Er-0.1Zr铝合金工业条件下的三级时效热处理工艺，其特征在于：
Al-5.6Zn-2.1Mg-1.2Cu-0.1Mn-0.1Er-0.1Zr铝合金成分的质量百分比为：Zn：5.6～6.6％，Mg：1.8～2.6％，Cu：1.0～1.6％，Mn：0.08～0.12％，Zr：0.08～0.12％，Er：0.08～0.12％，余量为Al和不可避免的杂质。
对Al-5.6Zn-2.1Mg-1.2Cu-0.1Mn-0.1Er-0.1Zr进行固溶处理，从室温升至475℃，升温时间为4h，保温2h，室温水冷淬火；淬火后合金进行慢速升温三级时效热处理，步骤如下：
A、第一级时效：以1℃/min的升温速率从室温升至120℃，保温24h；
B、第二级时效：第一级时效处理所得的合金，直接随炉以1℃/min的升温速率从120℃升至180～200℃，然后保温20～120min，之后空冷至室温。
C、第三级时效：第二级热处理后所得的合金以1℃/min的升温速率从室温升到120℃，然后保温24h，之后空冷到室温。
优选区间：第二级时效制度分别为180℃保温60～100min、190℃保温40～80min或200℃保温40min。
采用上述工业条件下三级时效热处理工艺，可获得抗剥落腐蚀性能评级在PC级以上，抗拉强度>570Mpa，屈服强度>540Mpa的合金。合金的晶界析出相呈粗大且断续分布组织，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，主要强化相为η、相，同时析出Al3(Er,Zr)粒子能够抑制再结晶。
采用本发明的技术方案能为工艺条件下的合金热处理提供有效的工艺窗口，获得良好力学性能和耐腐蚀性能，使合金具有良好的综合性能。
附图说明
图1为实施案例1的晶内组织和境界组织；
图2为实施案例2的晶内组织和境界组织；
图3为实施案例3的晶内组织和境界组织；
图4为该合金热处理后的亚晶组织结构图。
附图1、2和3分别为合金按本发明实施例1、2和3处理后合金的晶内组织和晶界组织。从图中可以看出三种状态合金的晶界析出相粗大且呈断续分布，存在较宽的晶界无沉淀析出带；晶内析出相呈细小弥散分布状态。本发明处理后的合金晶界组织与双级过时效(T7X)状态类似，晶内组织与峰时效(T6)态相似，因此本发明处理后的合金同时具有较高的强度及良好的耐腐蚀性能。同时由于本发明添加Er，Zr元素，所以合金热处理后可观察到亚微米级弥散相Al3(Er，Zr)粒子，如图4所示，该粒子可以细化晶粒，抑制再结晶，有利于提高合金综合性能。
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。
以下实施例的Al-5.6Zn-2.1Mg-1.2Cu-0.1Mn-0.1Er-0.1Zr合金的具体成分为：Zn：5.6％，Mg：2.1％，Cu：1.2％，Mn：0.1％，Zr：0.1％，Er：0.1％，余量为Al和不可避免的杂质。
实施例1
将所述Al-5.6Zn-2.1Mg-1.2Cu-0.1Mn-0.1Er-0.1Zr铝合金进行固溶处理，从室温升至475℃，升温时间为4h，保温2h，室温水冷淬火；然后进行三级时效处理，第一级时效以1℃/min的升温速率从室温升至120℃，保温24h；第二级时效直接随炉从120℃升至180℃，升温速率为1℃/min，保温60min，空冷至室温；第三级时效从室温升到120℃，升温速率为1℃/min，然后保温24h，之后空冷至室温。时效处理后对合金试样分别进行剥落腐蚀及拉伸性能测试，实验结果见表1。
实施例2
将所述Al-5.6Zn-2.1Mg-1.2Cu-0.1Mn-0.1Er-0.1Zr铝合金进行固溶处理，从室温升至475℃，升温时间为4h，保温2h，室温水冷淬火；然后进行三级时效处理，第一级时效以1℃/min的升温速率从室温升至120℃，保温24h；第二级时效直接随炉从120℃升至180℃，升温速率为1℃/min，保温100min，空冷至室温；第三级时效从室温升到120℃，升温速率为1℃/min，然后保温24h，之后空冷至室温。时效处理后对合金试样分别进行剥落腐蚀及拉伸性能测试，实验结果见表1。
实施例3
将所述Al-5.6Zn-2.1Mg-1.2Cu-0.1Mn-0.1Er-0.1Zr铝合金进行固溶处理，从室温升至475℃，升温时间为4h，保温2h，室温水冷淬火；然后进行三级时效处理，第一级时效以1℃/min的升温速率从室温升至120℃，保温24h；第二级时效直接随炉从120℃升至190℃，升温速率为1℃/min，保温60min，空冷至室温；第三级时效从室温升到120℃，升温速率为1℃/min，然后保温24h，之后空冷至室温。时效处理后对合金试样分别进行剥落腐蚀及拉伸性能测试，实验结果见表1。
实施例4
将所述Al-5.6Zn-2.1Mg-1.2Cu-0.1Mn-0.1Er-0.1Zr铝合金进行固溶处理，从室温升至475℃，升温时间为4h，保温2h，室温水冷淬火；然后进行三级时效处理，第一级时效以1℃/min的升温速率从室温升至120℃，保温24h；第二级时效直接随炉从120℃升至200℃，升温速率为1℃/min，保温40min，空冷至室温；第三级时效从室温升到120℃，升温速率为1℃/min，然后保温24h，之后空冷至室温。时效处理后对合金试样分别进行剥落腐蚀及拉伸性能测试，实验结果见表1。
表1
试样编号 剥落腐蚀等级 σ(MPa) σ0.2(MPa) δ(％)
实施例1 PC 584 556.5 11.5
实施例2 PB 574 544 13.5
实施例3 PC 580.5 553 12.7
实施例4 PC 571 542 14.0
根据表1实验结果可以发现，本发明热处理工艺处理的合金，抗剥落腐蚀等级均能达到PC级以上，抗拉强度>570Mpa，屈服强度>540Mpa。由此可见本发明既保证合金较高强度的同时，提高了合金的那腐蚀性能。

Claims (3)

1.一种高强耐腐蚀Al-5.6Zn-2.1Mg-1.2Cu-0.1Mn-0.1Er-0.1Zr铝合金工业条件下的三级时效热处理工艺，其特征在于：
Al-5.6Zn-2.1Mg-1.2Cu-0.1Mn-0.1Er-0.1Zr铝合金成分的质量百分比为：Zn：5.6～6.6％，Mg：1.8～2.6％，Cu：1.0～1.6％，Mn：0.08～0.12％，Zr：0.08～0.12％，Er：0.08～0.12％，余量为Al和不可避免的杂质；
对Al-5.6Zn-2.1Mg-1.2Cu-0.1Mn-0.1Er-0.1Zr进行固溶处理，从室温升至475℃，升温时间为4h，保温2h，室温水冷淬火；淬火后合金进行慢速升温三级时效热处理，步骤如下：
A、第一级时效：以1℃/min的升温速率从室温升至120℃，保温24h；
B、第二级时效：第一级时效处理所得的合金，直接随炉以1℃/min的升温速率从120℃升至180～200℃，然后保温20～120min，之后空冷至室温。
C、第三级时效：第二级热处理后所得的合金以1℃/min的升温速率从室温升到120℃，然后保温24h，之后空冷到室温。
2.按照权利要求1所述的一种高强耐腐蚀Al-5.6Zn-2.1Mg-1.2Cu-0.1Mn-0.1Er-0.1Zr铝合金工业条件下的三级时效热处理工艺，其特征在于：第二级时效制度分别为180℃保温60～100min、190℃保温40～80min或200℃保温40min。
3.按照权利要求1或2所述的处理工艺得到的高强耐腐蚀Al-5.6Zn-2.1Mg-1.2Cu-0.1Mn-0.1Er-0.1Zr铝合金。
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