CN108977739B - 一种同时提高铝合金强度和抗应力腐蚀性能的时效处理工艺 - Google Patents

一种同时提高铝合金强度和抗应力腐蚀性能的时效处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种同时提高铝合金强度和抗应力腐蚀性能的时效处理工艺，包括：对铝合金依次进行固溶处理、低温长时间单级时效处理和双级时效处理；所述低温长时间单级时效处理的温度为55～70℃，时间为72～168h。本发明提供的时效处理工艺在提高合金强度的同时，还提高了合金的抗应力腐蚀性能。

Description

一种同时提高铝合金强度和抗应力腐蚀性能的时效处理工艺
技术领域
本发明涉及金属材料热处理技术领域，尤其涉及一种同时提高铝合金强度和抗应力腐蚀性能的时效处理工艺。
背景技术
Al-Zn-Mg系铝合金以其较高的强度、良好的可焊性、易成型等优良性能，常作为理想轻量化材料应用在轨道交通和汽车结构件中。但该合金材料在服役过程中存在应力腐蚀开裂现象，因而开展有关在保证该合金材料强度的同时改善其抗应力腐蚀性能的研究成为该铝合金的研究热点之一。
Al-Zn-Mg系铝合金材料常用的热处理工艺为：固溶－室温水淬火－时效。时效处理作为该合金材料在服役前的最后一道热处理工序，可以调控合金材料的微观结构以满足最终综合性能要求。在时效过程中，时效强化相在晶内均匀、弥散析出能够使合金材料获得高的强度，析出相于晶界以一定尺寸断续分布则有利于合金材料获得优良的抗应力腐蚀性能。目前Al-Zn-Mg系铝合金已开发多种时效工艺：T6(峰值时效)时效制度可以满足材料的高强度需求，但晶界处的连续析出相会使材料极易出现应力腐蚀开裂现象，抗应力腐蚀性能差；T7x(过时效或双级时效)时效制度可以提高合金材料的抗应力腐蚀性能，但是必须以牺牲材料的强度为前提。为此，国内外进行了深入的探索，试图寻找一种行之有效的同时改善该合金强度和抗应力腐蚀性的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同时提高铝合金强度和抗应力腐蚀性能的时效处理工艺，在提高合金强度的同时提高合金的抗应力腐蚀性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种同时提高铝合金强度和抗应力腐蚀性能的时效处理工艺，包括：对铝合金依次进行固溶处理、低温长时间单级时效处理和双级时效处理；
所述低温长时间单级时效处理的温度为55～70℃，时间为72～168h。
优选的，所述低温长时间单级时效处理的温度为60～65℃，时间为80～120h。
优选的，所述固溶处理的保温温度为468℃，保温时间为1h。
优选的，所述固溶处理的冷却方式为室温水淬火。
优选的，所述固溶处理自保温结束至冷却开始的时间小于60秒。
优选的，所述双级时效处理包括依次进行的第一级时效和第二级时效；所述第一级时效的温度为120℃，时间为6h；所述第二级时效的温度为145℃，时间为10h。
优选的，所述铝合金为Al-Zn-Mg系铝合金。
优选的，以质量百分含量计，所述铝合金包括：Zn 6.12％，Mg 0.85％，Mn 0.25％，Zr 0.16％，Cr 0.14％，Y 0.08％，Fe不大于0.07％，Si不大于0.09％和余量的Al；杂质元素单个含量不大于0.05％，杂质元素总含量不大于0.15％。
优选的，所述铝合金为挤压型材。
优选的，所述挤压型材的挤压比为28～30。
本发明提供了一种同时提高铝合金强度和抗应力腐蚀性能的时效处理工艺，包括：对铝合金依次进行固溶处理、低温长时间单级时效处理和双级时效处理；所述低温长时间单级时效处理的温度为55～70℃，时间为72～168h。本发明通过在常规双级时效处理前增加低温长时间单级时效可保证晶内强化相更均匀弥散分布，晶界平衡相发生球化，且呈断续分布，从而同时提高铝合金的强度和抗应力腐蚀性能。实施例结果表明，经本发明的时效处理工艺处理后，铝合金的抗拉强度和屈服强度分别比常规双级时效状态提高9～12MPa和7～9MPa，且断裂时间延长12h，说明本发明提供的时效处理工艺在提高合金强度的同时，还提高了合金的抗应力腐蚀性能。
附图说明
图1为对比例1的合金晶内和晶界析出相的透射电子显微组织图；
图2为实施例1的合金晶内和晶界析出相的透射电子显微组织图。
具体实施方式
本发明提供了一种同时提高铝合金强度和抗应力腐蚀性能的时效处理工艺，包括：对铝合金依次进行固溶处理、低温长时间单级时效处理和双级时效处理；
所述低温长时间单级时效处理的温度为55～70℃，时间为72～168h。
本发明对所述铝合金进行固溶处理，得到固溶态铝合金。在本发明中，所述铝合金优选为Al-Zn-Mg系铝合金；以质量百分含量计，所述铝合金的化学成分优选包括：Zn6.12％，Mg 0.85％，Mn 0.25％，Zr 0.16％，Cr 0.14％，Y 0.08％，Fe不大于0.07％，Si不大于0.09％和余量的Al；其他杂质元素单个含量不大于0.05％，杂质元素总含量不大于0.15％。从型材上，本发明所述铝合金优选为挤压型材的铝合金，所述挤压型材的挤压比优选为28～30。在本发明中，所述挤压型材的铝合金的厚度优选为1～7mm，进一步优选为3～5mm。本发明对所述铝合金的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知来源的铝合金即可，具体的如市售铝合金或按上述化学成分自行制备得到的铝合金。在本发明中，所述固溶处理的保温温度优选为468℃，保温时间优选为1h；所述固溶处理的冷却方式优选为室温水淬火；所述固溶处理自保温结束至冷却开始的时间优选小于60秒，更优选小于30秒。当所述固溶处理自保温结束至冷却开始的时间在60秒以上时，会对合金的强度和抗应力腐蚀性能产生不利影响。本发明对所述固溶处理的实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的实施方式即可。本发明所述固溶处理能够将合金元素充分溶入基体中，提高固溶溶质原子浓度，以获得高的人工时效强化效果；所述室温水淬火将固溶过程中合金基体中的溶质原子和空位以过饱和形式保留至室温。
固溶处理后，本发明对所述固溶态铝合金进行低温长时间单级时效处理，得到初级时效态铝合金。在本发明中，所述低温长时间单级时效处理的温度为55～70℃，优选为60～65℃；所述低温长时间单级时效处理的时间为72～168h，优选为80～120h。本发明对所述低温长时间单级时效的实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的实施方式即可。在本发明中，所述低温长时间单级时效能够促进过饱和溶质原子以原子团簇和GP区形核析出，为提高合金强度，改善合金的抗应力腐蚀性能打下基础。
低温长时间单级时效后，本发明对所述初级时效态铝合金进行双级时效处理。在本发明中，所述双级时效处理优选包括依次进行的第一级时效和第二级时效；所述第一级时效温度优选为120℃，时间优选为6h；所述第二级时效温度优选为145℃，时间优选为10h。本发明所述第一级时效温度较低，使在低温长时间单级时效过程中形成的原子团簇和GP区继续长大，未析出的溶质原子继续析出，直至达到常规峰时效的强度；所述第二级时效温度较高，使晶界平衡相发生球化，呈断续分布以改善合金的耐蚀性。本发明对所述双级时效的实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的实施方式即可。
本发明采用上述时效处理工艺对需要提高抗应力腐蚀和强度的铝合金坯料或成品均适用。
下面结合实施例对本发明提供的时效处理工艺进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
对挤压比为28的长方形铝合金空心型材(合金挤压型材的截面尺寸为：长60mm，宽25mm，厚4mm)进行热处理，所述铝合金的化学成分(质量百分比)为Zn 6.12％，Mg 0.85％，Mn 0.25％，Zr 0.16％，Cr 0.14％，Y 0.08％，Fe不大于0.07％，Si不大于0.09％和余量的Al；其他杂质元素单个不大于0.05％，总和不大于0.15％。时效处理工艺为：
(1)固溶处理：468℃/1h；然后立即进行室温水淬处理；
(2)低温长时间单级时效：65℃/120h；
(3)双级时效：120℃/6h+145℃/10h。
实施例2
采用本发明的时效处理工艺对实施例1所述的铝合金进行时效处理，不同之处在于：步骤(2)低温长时间单级时效为60℃/120h。
实施例3
采用本发明的时效处理工艺对实施例1所述的铝合金进行时效处理，不同之处在于：步骤(2)低温长时间单级时效为65℃/80h。
对比例1
对实施例1所述的铝合金采用常规时效处理，具体时效处理工艺为：
(1)固溶处理：468℃/1h；然后立即进行室温水淬处理；
(2)双级时效：120℃/6h+145℃/10h。
对比例2
对实施例1所述的铝合金采用高温长时间单级时效处理，具体时效处理工艺为：
(1)固溶处理：468℃/1h；然后立即进行室温水淬处理；
(2)高温长时间单级时效：90℃/120h；
(3)双级时效：120℃/6h+145℃/10h。
对比例3
对实施例1所述的铝合金采用低温短时间单级时效处理，具体时效处理工艺为：
(1)固溶处理：468℃/1h；然后立即进行室温水淬处理；
(2)低温短时间单级时效：65℃/24h；
(3)双级时效：120℃/6h+145℃/10h。
分别对实施例1～3和对比例1～3经时效处理后的铝合金进行性能测试，采用标准拉伸试验测试合金的强度和伸长率，按照GB/T 15970，采用慢拉伸应力腐蚀试验测试合金的抗应力腐蚀性能，测试结果见表1。
表1实施例与对比例性能测试结果
从表1可以看出，与常规双级时效相比，经高温度长时间单级时效(对比例2)处理后，合金的强度有所提高，抗应力腐蚀性能基本不变；与常规双级时效相比，经低温度短时间单级时效(对比例3)处理后，强度有所降低，抗应力腐蚀性能不变；与常规双级时效相比，经本发明的时效处理工艺(实施例1～3)处理后，合金的抗拉强度和屈服强度分别比常规双级时效状态提高9～12MPa和7～9MPa，且断裂时间延长12h，说明本发明提供的时效处理工艺在提高合金强度的基础上，同时提高了合金的抗应力腐蚀性能。
图1和图2分别为对比例1和实施例1经时效处理后合金晶内和晶界析出相的透射电子显微组织图。从图中可以看出，经本发明时效处理工艺处理后(图2)，晶内析出相呈细小、均匀、弥散分布，且尺寸稍大于经常规热处理工艺处理的合金(图1)，而晶界析出相经本发明时效处理工艺处理后呈类球状且断续分布，这种晶界析出相特征有利于提高合金的抗应力腐蚀性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种同时提高铝合金强度和抗应力腐蚀性能的时效处理工艺，包括：对铝合金依次进行固溶处理、低温长时间单级时效处理和双级时效处理；
所述固溶处理的保温温度为468℃，保温时间为1h；
所述低温长时间单级时效处理的温度为55～70℃，时间为72～168h；
所述双级时效处理包括依次进行的第一级时效和第二级时效；所述第一级时效的温度为120℃，时间为6h；所述第二级时效的温度为145℃，时间为10h；
所述铝合金包括：Zn 6.12％，Mg 0.85％，Mn 0.25％，Zr 0.16％，Cr 0.14％，Y0.08％，Fe不大于0.07％，Si不大于0.09％和余量的Al；杂质元素单个含量不大于0.05％，杂质元素总含量不大于0.15％。
2.根据权利要求1所述的时效处理工艺，其特征在于，所述低温长时间单级时效处理的温度为60～65℃，时间为80～120h。
3.根据权利要求1所述的时效处理工艺，其特征在于，所述固溶处理的冷却方式为室温水淬火。
4.根据权利要求1所述的时效处理工艺，其特征在于，所述固溶处理自保温结束至冷却开始的时间小于60秒。
5.根据权利要求1所述的时效处理工艺，其特征在于，所述铝合金为挤压型材。
6.根据权利要求5所述的时效处理工艺，其特征在于，所述挤压型材的挤压比为28～30。
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