CN109023180A - 7系铝合金的时效热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种7系铝合金的时效热处理方法，其用于经过固溶处理后的7系铝合金，属于有色金属材料及其热加工领域，包括如下步骤：(1)第一级时效：将所述7系铝合金工件放入90～120℃的加热炉内保温10～30h；(2)第二级时效：随炉升温至第二级预定时效温度165℃～185℃保温至1～5h后水冷至室温；(3)第三级时效：随后放入第三级预定时效温度60～90℃保温至20～30h；(4)第四级时效：随炉升温至第四级预定时效温度90～110℃保温至10～30h后空冷至室温。第二级高温时效过程中采取低于RRA时效回归温度，提高保温时间的方法，解决了大型构件由于快速升温、降温产生的温度梯度，从而造成组织和性能不均的问题。

Description

7系铝合金的时效热处理方法
技术领域
本发明属于有色金属材料及其热加工领域，具体涉及到一种7系铝合金的热处理方法。
背景技术
7系铝合金属典型的时效可强化铝合金，具有密度低、强度高和耐腐蚀性能好等诸多优点，广泛用于航空航天、海洋及轨道交通等领域，尤其多应用于轴类、环类、支撑类等承力构件，这种部件对强度、耐腐蚀性和抗疲劳性都有较高的需求。
该系列合金常采用时效处理的方法获得综合性能需求，7系铝合金时效过程中沉淀析出相的顺序为：过饱和固溶体→GP区→η′(MgZn2)→η(MgZn2)。其最初采用的是T6峰值时效,合金经T6峰时效处理后，晶内析出大量细小共格/半共格的GP区和η′相，合金的强度最高，但呈连续分布的晶界析出相会成为阳极腐蚀通道，合金的耐腐蚀性能很差。针对T6时效后合金耐腐蚀性能较差的问题，人们开发出双级过时效热处理工艺。双级时效是先在低温进行预时效，然后升高温度进行第二级时效。在第1级低温预时效阶段，晶内主要为以GP和η′相为主的细小析出相；而后在第2级高温时段，逐渐析出η′相，并且随着保温时间的延长，晶界η相长大、粗化，其分布状态变为不连续分布，从而避免了阳极腐蚀通道的形成，提高了材料的耐腐蚀性能。但是由于η相强化效果较η′相弱，因此耐腐蚀性能的提高是以牺牲强度为代价的。为了克服二级时效在提高抗腐蚀性性能的同时但强度损失过多的问题，提出了多级时效工艺。20世纪70年代初Cina等研究学者最早提出了回归再时效工艺(RRA)，RRA处理工艺包含的基本步骤是：先进行T6态时效处理，然后进行较高温度(高于T6态温度但低于固溶温度)且时间很短的回归时效处理，使第一级T6态时效获得的低熔点GP区和η′相重新溶入基体，最后再进行T6态处理，使部分η′相重新析出以及基体内原有的η′长大并粗化，但是由于RRA时效工艺的回归温度高、时间较短，对厚板或者大型锻件来说，会造成材料表层和内部温度差，从而导致性能不均，因此RRA处理仅适用于薄壁构件。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种7系铝合金的热处理方法，该方法尤其适用于7系铝合金大型构件，解决因高温短时时效产生的温度差导致材料表层与内部组织不均匀的问题，并可在保持合金强度的同时，大幅度提高耐腐蚀性能。
根据本发明一方面，提供了一种7系铝合金的时效热处理方法，其用于经过固溶处理后的7系铝合金，包括以下步骤：
(1)第一级时效：将所述7系铝合金工件放入具有第一级预定温度的加热炉内保温至预定时间；
(2)第二级时效：随炉升温至第二级预定时效温度保温至预定时间；
(3)第三级时效：将经过第二级时效处理后的工件进行淬火冷却至室温，随后放入第三级预定时效温度保温至预定时间；
(4)第四次时效：随炉升温至第二级预定时效温度保温至预定时间；
根据本发明另一方面，所述第一级时效处理的工艺参数为：保温温度为90-120℃，保温时间为10-30h。
根据本发明另一方面，所述第二级时效处理的工艺参数为：保温温度为165-185℃，保温时间为1-5h。
根据本发明另一方面，所述第三级时效处理的工艺参数为：保温温度为60-90℃，保温时间为20-30h。
根据本发明另一方面，所述第四级时效处理的工艺参数为：保温温度为90-110℃，保温时间为10-30h。
根据本发明另一方面，本发明经过固溶和淬火的铝合金，第一级预时效后，使铝合金中获得大量细小的GP区和η′相，使合金达到较高的时效强度。
根据本发明另一方面，而后再进行高温第二级时效，使晶内析出的小于临界尺寸的GP区重新溶入基体，大于临界尺寸的GP区全部转化为η′相，晶界η沉淀相发生聚集、球化，由连续分布变为断续分布，可显著改善合金的韧性和耐腐蚀性能。
根据本发明另一方面，第三级较低温时效处理，使第二级高温时效溶入基体的溶质原子因过饱和而在晶内重新析出，形成大量GP区核心。
根据本发明另一方面，最后在第四级低温时效处理时GP区长大并有少部分转变为η′相，最终得到晶内为大量GP区和η′相，晶界处η相粒子粗化，呈断续分布状态的组织。
根据本发明另一方面，由于GP区与基体共格，该粒子可以被位错切割，增大位错滑移自由程，从而提高合金塑性变形能力；η′相与基体半共格，其为7系铝合金主要的强化相，可提高合金的强度；晶界η相呈断续分布阻断了阳极腐蚀通道，可显著提高耐腐蚀性能，因此经过该时效处理后可得到综合性能良好的铝合金。
本发明的有益效果有：
本发明与双级过时效相比，可同时提高7系铝合金的强度和耐腐蚀性能。与RRA回归再时效相比，合金的强度相当，耐腐蚀性能较好。
本发明在第一级峰时效处理后，第二级高温时效过程中采取低于RRA时效回归温度，提高保温时间的方法，解决了大型构件由于快速升温、降温产生的温度梯度，从而造成组织和性能不均，残余应力过大的问题。
本发明的工艺方法操作简便，效果显著，相对于自然时效来说，缩短了生产周期，工业生产中具有实际应用价值。
附图说明
图1为本发明优选实施例的时效制度工艺流程图。
图2(a)为实施例1的铝合金试样的微观TEM照片。
图2(b)为实施例2的铝合金试样的微观TEM照片。
图2(c)为对比例1的铝合金试样的微观TEM照片。
图2(d)为对比例2的铝合金试样的微观TEM照片。
具体实施方式
下面结合附图，通过优选实施例来描述本发明的最佳实施方式，这里的具体实施方式在于详细地说明本发明，而不应理解为对本发明限制，在不脱离本发明的精神和实质范围的情况下，可以做出各种变形和修改，这些都应包含在本发明的保护范围之内。
优选地，本发明提供了一种7系铝合金的时效热处理方法，其用于经过固溶处理后的7系铝合金，包括以下步骤：
(1)第一级时效：将所述7系铝合金工件放入具有第一级预定温度的加热炉内保温至预定时间；
(2)第二级时效：随炉升温至第二级预定时效温度保温至预定时间；
(3)第三级时效：将经过第二级时效处理后的工件进行淬火冷却至室温，随后放入第三级预定时效温度保温至预定时间；
(4)第四次时效：随炉升温至第二级预定时效温度保温至预定时间；
优选地，所述第一级时效处理的工艺参数为：保温温度为90-120℃，保温时间为10-30h。
优选地，所述第二级时效处理的工艺参数为：保温温度为165-185℃，保温时间为1-5h。
优选地，所述第三级时效处理的工艺参数为：保温温度为60-90℃，保温时间为20-30h。
优选地，所述第四级时效处理的工艺参数为：保温温度为90-110℃，保温时间为10-30h。
优选地，本发明经过固溶和淬火的铝合金，第一级预时效后，使铝合金中获得大量细小的GP区和η′相，使合金达到较高的时效强度。
优选地，而后再进行高温第二级时效，使晶内析出的小于临界尺寸的GP区重新溶入基体，大于临界尺寸的GP区全部转化为η′相，晶界η沉淀相发生聚集、球化，由连续分布变为断续分布，可显著改善合金的韧性和耐腐蚀性能。
优选地，第三级较低温时效处理，使第二级高温时效溶入基体的溶质原子因过饱和而在晶内重新析出，形成大量GP区核心。
优选地，最后在第四级低温时效处理时GP区长大并有少部分转变为η′相，最终得到晶内为大量GP区和η′相，晶界处η相粒子粗化，呈断续分布状态的组织。
优选地，由于GP区与基体共格，该粒子可以被位错切割，增大位错滑移自由程，从而提高合金塑性变形能力；η′相与基体半共格，其为7系铝合金主要的强化相，可提高合金的强度；晶界η相呈断续分布阻断了阳极腐蚀通道，可显著提高耐腐蚀性能，因此经过该时效处理后可得到综合性能良好的铝合金。
优选地，采用CSS-44100万能材料力学拉伸机测试7系铝合金的强度。采用7501型涡流电导仪测试7系合金的电导率。采用剥落腐蚀实验反映7系铝合金的耐蚀性。铝合金化学成分为Al-6.32Zn-2.10Mg-2.12Cu，将挤压态(挤压比14:1)合金棒材进行478℃保温1h固溶处理，室温水淬，随后分别进行如下的时效处理。
实施例1
将固溶处理后的铝合金棒材进行本发明所述的四级时效处理，参数为：110℃/24h+170℃/2h+80℃/24h+100℃/15h，对时效处理后的材料进行拉伸性能测试、电导率测试、剥落腐蚀测试。各项测试结果见表1。
实施例2
将固溶处理后的铝合金棒材进行本发明所述的四级时效处理，参数为：110℃/24h+180℃/2h+80℃/24h+100℃/15h，对时效处理后的材料进行拉伸性能测试、电导率测试、剥落腐蚀测试。各项测试结果见表1。
对比例1
将固溶处理后的铝合金棒材进行双级过时效处理，参数为：120℃/24h+177℃/8h，对时效处理后的材料进行拉伸性能测试、电导率测试、剥落腐蚀测试。各项测试结果见表1。
对比例2
将固溶处理后的铝合金棒材进行回归再时效处理，参数为：120℃/24h+200℃/5min+120℃/24h，对时效处理后的材料进行拉伸性能测试、电导率测试、剥落腐蚀测试。各项测试结果见表1。
表1为该7系铝合金经本发明的时效工艺、双击过时效、回归再时效处理后的性能参数。
表1性能的测试结果
由表1可知，经过本发明的四级时效处理后，可获得较双级时效强度高，比回归再时效耐腐蚀性能好的合金，可显著提高综合性能。
由图2(a)、(b)可知，合金经过本发明的四级时效处理后，晶内由大量细小、均匀弥散分布的GP区和η′相组成，晶界析出相呈断续分布。对比图2(c)可以看出，合金经双级过时效处理后晶内析出相粗大，分布密度较低，主要为η′和η相，因此强度较低。对比图2(d)可以看出，合金经过回归再时效处理后，晶内同样由大量细小、均匀弥散分布的GP区和η′相组成，因此与本发明的强度相当，但是晶界析出相间距较小，故其耐腐蚀性较低。
本发明不限于上述具体实施例。可以理解的是，在不脱离本发明的精神和实质范围的情况下，可以做出各种变形和修改，这些都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种7系铝合金的时效热处理方法，其用于经过固溶处理后的7系铝合金，其特征在于，包括如下步骤：
(1)第一级时效：将所述7系铝合金工件放入具有第一级预定温度的加热炉内保温至预定时间；
(2)第二级时效：随炉升温至第二级预定时效温度保温至预定时间；
(3)第三级时效：将经过第二级时效处理后的工件进行淬火冷却至室温，随后放入第三级预定时效温度保温至预定时间；
(4)第四次时效：随炉升温至第二级预定时效温度保温至预定时间。
2.如权利要求1所述的7系铝合金的热处理方法，其特征在于，所述第一级时效处理的工艺参数为：保温温度为90-120℃，保温时间为10-30h。
3.如权利要求1所述的7系铝合金的热处理方法，其特征在于，所述第二级时效处理的工艺参数为：保温温度为165-185℃，保温时间为1-5h。
4.如权利要求1所述的7系铝合金的热处理方法，其特征在于，所述第三级时效处理的工艺参数为：保温温度为60-90℃，保温时间为20-30h。
5.如权利要求1所述的7系铝合金的热处理方法，其特征在于，所述第四级时效处理的工艺参数为：保温温度为90-110℃，保温时间为10-30h。
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