CN109338185A - 一种高强7系铝合金型材的制备方法 - Google Patents

一种高强7系铝合金型材的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于铝合金生产制造技术领域，涉及一种高强7系铝合金型材的制备方法，铝合金铸锭按照如下质量百分比配料：Zn：5.4～5.8％、Mg：2.4～2.7％、Cu：1.6～1.8％、Cr：0.22～0.26％、Fe≤0.18％、Si≤0.18％、Mn≤0.13％、单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al，铝合金型材生产工艺采用了双级均匀化处理和回归再时效的热处理方法，其中双级均匀化制度为在460℃保温6h，在480℃保温15h，回归再时效制度为第一级时效温度为110℃，保温时间为15h，然后将铝合金型材的第一级时效温度在25～35min内回归至190℃后水冷淬火进行第二级时效，第二级时效温度为130±5℃，保温时间为15h，解决了现有技术中7系铝合金的强度、断裂韧性和抗腐蚀性不能协同提高的问题。

Description

一种高强7系铝合金型材的制备方法
技术领域
本发明属于铝合金生产制造技术领域，涉及一种高强7系铝合金型材的制备方法。
背景技术
7系铝合金具有强度高、耐热性能好，因而广泛应用于航空航天等领域。铝合金经过固溶淬火、时效等工艺处理后，可获得较优良的工作性能。铝合金的热处理工艺直接影响铝合金的微观组织变化、再结晶、强化元素的固溶程度，从而影响合金最终的力学性能。伴随着我国航空航天事业对更高性能的7系铝合金的迫切需求，现阶段采用的常规热处理已不能满足当前的生产要求。目前，强度、断裂韧性和抗腐蚀等综合性能已经成为高性能铝合金的主要考核指标，只有在这几方面均满足设计和使用要求，才是具备良好的综合性能。7系铝合金有多种时效处理制度，其中，峰值时效可以使铝合金获得较高的强度，但抗腐蚀性能和断裂韧性较差；过时效(T74)可以提高铝合金抗腐蚀性能和断裂韧性，但却以牺牲强度为前提。这就迫切需要一种能够同时提高铝合金强度，断裂韧性和抗腐蚀等综合性能的热处理方法。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决现有技术中7系铝合金的强度、断裂韧性和抗腐蚀性不能协同提高的问题，提供一种高强7系铝合金型材的制备方法。
为达到上述目的，本发明提供一种高强7系铝合金型材的制备方法，包括如下步骤：
A、配料：铝合金铸锭按照如下质量百分比配料：Zn：5.4～5.8％、Mg：2.4～2.7％、Cu：1.6～1.8％、Cr：0.22～0.26％、Fe≤0.18％、Si≤0.18％、Mn≤0.13％、单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al；
B、熔炼：将配制好的铝合金原料置于熔炼炉中熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
C、双级均匀化处理：将熔铸后的铝合金铸锭进行双级均匀化处理消除铝合金铸锭中的晶粒偏析，其中双级均匀化制度为在460±5℃保温6h后在480±5℃保温15h；
D、挤压成型：将双级均匀化处理的铝合金铸锭置于挤压机模具中均匀挤压，得到尺寸及形位公差符合标准要求的铝合金型材，其中铝合金铸锭的加热温度为440～490℃，挤压筒加热温度480～500℃，挤压机挤压速度为1.0～1.2m/min，挤压比为10∶1；
E、固溶淬火：将挤压后的铝合金型材进行固溶处理，固溶处理温度为470±5℃，保温时间为1～1.5h，固溶后的铝合金型材采用18～22％的PAG淬火液进行淬火，淬火过程的冷却速度为150～200℃/min；
F、时效热处理：将淬火处理后的铝合金型材进行时效热处理，时效温度为110±5℃，保温时间为15h，然后将铝合金型材的时效温度在25～35min内回归至190±5℃后水冷淬火进行再时效，再时效温度为130±5℃，保温时间为15h，最后将时效热处理后的铝合金型材空冷至室温；
G、整形处理：将时效热处理后的铝合金型材进行抛光打磨，去除毛刺和拉痕。
进一步，步骤B中液态铝合金的熔炼温度为755～765℃，铝合金原料在30～50％熔化为铝液时，开启电磁搅拌，当铝合金原料全部融化后，加入中间合金、添加剂、纯金属，并进行扒渣、调成分、转炉至保温炉进行炉内精炼，成分合格后，熔体静置15～20min，随后在700～720℃条件下去除熔体中的气体和炉渣，随后在680～710℃条件下浇铸成铝合金铸锭。
进一步，步骤B铝合金在保温炉内精炼时加入液态铝合金量0.5～0.6％的精炼剂并进行均匀搅拌，对液态铝合金进行精炼细化20～40min，直到液面无气泡产生，其中精炼剂为六氯乙烷。
进一步，步骤C的双级均匀化制度为在460℃保温6h后在480℃保温15h。
进一步，步骤D铝合金铸锭采用分段梯度式加热，铝合金铸锭头部温度为475～485℃，中部温度为450～460℃，尾部温度为440～450℃。
进一步，步骤E铝合金型材固溶处理温度为470℃，保温时间为1～1.5h。
进一步，步骤F时效热处理制度为，第一级时效温度为110℃，保温时间为15h，然后将铝合金型材的第一级时效温度在25～35min内回归至190℃后水冷淬火进行第二级时效，第二级时效温度为130±5℃，保温时间为15h，最后将时效热处理后的铝合金型材空冷至室温。
本发明的有益效果在于：
本发明所公开的高强7系铝合金型材制备方法，在时效热处理阶段采用了回归再时效的方式，主要分为三个阶段：第一阶段，在较低的温度下进行预时效，合金显微组织和性能与单级时效状态的相同，是整个工艺的关键之处；第二阶段，在较高温度下进行短时的回归处理，晶内的共格或半共格析出相溶于固溶体内，晶界上的连续链状析出相合并与聚集，不再连续分布，有利于提高材料的抗应力腐蚀与韧性；第三阶段，在较低温度下再时效，达到峰值强度，晶内析出细小的部分共格相，弥散分布，晶界上仍为不连续的部分非共格析出相，使合金强度得到提升，最终达到铝合金型材强度、断裂韧性和抗腐蚀性的协同提高。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
一种高强7系铝合金型材的制备方法，包括如下步骤：
A、配料：铝合金铸锭按照如下质量百分比配料：
元素 Zn Mg Cu Cr Fe Si Mn Al
含量 5.4 2.4 1.6 0.22 0.18 0.18 0.13 余量
单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％；
B、熔炼：将配制好的铝合金原料置于熔炼炉中熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，其中液态铝合金的熔炼温度为755～765℃，铝合金原料全部融化后，加入中间合金、添加剂、纯金属，并进行扒渣、调成分、转炉至保温炉进行炉内精炼，加入液态铝合金量0.5～0.6％的六氯乙烷精炼剂并进行均匀搅拌，对液态铝合金进行精炼细化20～40min，直到液面无气泡产生后，熔体静置15～20min；
C、双级均匀化处理：将熔铸后的铝合金铸锭进行双级均匀化处理消除铝合金铸锭中的晶粒偏析，其中双级均匀化制度为在460℃保温6h后在480℃保温15h；
D、挤压成型：将双级均匀化处理的铝合金铸锭置于挤压机模具中均匀挤压，得到尺寸及形位公差符合标准要求的铝合金型材，其中铝合金铸锭的加热温度为440～490℃，挤压筒加热温度480～500℃，挤压机挤压速度为1.0～1.2m/min，挤压比为10∶1；
E、固溶淬火：将挤压后的铝合金型材进行固溶处理，固溶处理温度为470℃，保温时间为1～1.5h，固溶后的铝合金型材采用18～22％的PAG淬火液进行淬火，淬火过程的冷却速度为150～200℃/min；
F、时效热处理：将淬火处理后的铝合金型材进行时效热处理，第一级时效温度为110℃，保温时间为15h，然后将铝合金型材的第一级时效温度在35min内回归至190℃后水冷淬火进行第二级时效，第二级时效温度为130℃，保温时间为15h，最后将时效热处理后的铝合金型材空冷至室温；
G、整形处理：将时效热处理后的铝合金型材进行抛光打磨，去除毛刺和拉痕。
实施例2
一种高强7系铝合金型材的制备方法，包括如下步骤：
A、配料：铝合金铸锭按照如下质量百分比配料：
单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％；
B、熔炼：将配制好的铝合金原料置于熔炼炉中熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，其中液态铝合金的熔炼温度为755～765℃，铝合金原料全部融化后，加入中间合金、添加剂、纯金属，并进行扒渣、调成分、转炉至保温炉进行炉内精炼，加入液态铝合金量0.5～0.6％的六氯乙烷精炼剂并进行均匀搅拌，对液态铝合金进行精炼细化20～40min，直到液面无气泡产生后，熔体静置15～20min；
C、双级均匀化处理：将熔铸后的铝合金铸锭进行双级均匀化处理消除铝合金铸锭中的晶粒偏析，其中双级均匀化制度为在460℃保温6h后在480℃保温15h；
D、挤压成型：将双级均匀化处理的铝合金铸锭置于挤压机模具中均匀挤压，得到尺寸及形位公差符合标准要求的铝合金型材，其中铝合金铸锭的加热温度为440～490℃，挤压筒加热温度480～500℃，挤压机挤压速度为1.0～1.2m/min，挤压比为10∶1；
E、固溶淬火：将挤压后的铝合金型材进行固溶处理，固溶处理温度为470℃，保温时间为1～1.5h，固溶后的铝合金型材采用18～22％的PAG淬火液进行淬火，淬火过程的冷却速度为150～200℃/min；
F、时效热处理：将淬火处理后的铝合金型材进行时效热处理，第一级时效温度为110℃，保温时间为15h，然后将铝合金型材的第一级时效温度在25min内回归至190℃后水冷淬火进行第二级时效，第二级时效温度为130℃，保温时间为15h，最后将时效热处理后的铝合金型材空冷至室温；
G、整形处理：将时效热处理后的铝合金型材进行抛光打磨，去除毛刺和拉痕。
实施例3
一种高强7系铝合金型材的制备方法，包括如下步骤：
A、配料：铝合金铸锭按照如下质量百分比配料：
元素 Zn Mg Cu Cr Fe Si Mn Al
含量 5.5 2.6 1.7 0.24 0.18 0.18 0.13 余量
单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％；
B、熔炼：将配制好的铝合金原料置于熔炼炉中熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，其中液态铝合金的熔炼温度为755～765℃，铝合金原料全部融化后，加入中间合金、添加剂、纯金属，并进行扒渣、调成分、转炉至保温炉进行炉内精炼，加入液态铝合金量0.5～0.6％的六氯乙烷精炼剂并进行均匀搅拌，对液态铝合金进行精炼细化20～40min，直到液面无气泡产生后，熔体静置15～20min；
C、双级均匀化处理：将熔铸后的铝合金铸锭进行双级均匀化处理消除铝合金铸锭中的晶粒偏析，其中双级均匀化制度为在460℃保温6h后在480℃保温15h；
D、挤压成型：将双级均匀化处理的铝合金铸锭置于挤压机模具中均匀挤压，得到尺寸及形位公差符合标准要求的铝合金型材，其中铝合金铸锭的加热温度为440～490℃，挤压筒加热温度480～500℃，挤压机挤压速度为1.0～1.2m/min，挤压比为10∶1；
E、固溶淬火：将挤压后的铝合金型材进行固溶处理，固溶处理温度为470±5℃，保温时间为1～1.5h，固溶后的铝合金型材采用18～22％的PAG淬火液进行淬火，淬火过程的冷却速度为150～200℃/min；
F、时效热处理：将淬火处理后的铝合金型材进行时效热处理，第一级时效温度为110℃，保温时间为15h，然后将铝合金型材的第一级时效温度在30min内回归至190℃后水冷淬火进行第二级时效，第二级时效温度为130℃，保温时间为15h，最后将时效热处理后的铝合金型材空冷至室温；
G、整形处理：将时效热处理后的铝合金型材进行抛光打磨，去除毛刺和拉痕。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，步骤F为将淬火处理后的铝合金型材进行时效热处理，时效温度为150℃，保温时间为25h。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，步骤F为将淬火处理后的铝合金型材进行双级时效热处理，第一级时效温度为110℃，保温时间为15h，第二级时效温度为130℃，保温时间为15h，最后将时效热处理后的铝合金型材空冷至室温。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于，步骤C为将熔铸后的铝合金铸锭进行单级均匀化处理消除铝合金铸锭中的晶粒偏析，其中双级均匀化制度为在470℃保温20h。
对实施例1～3和对比例1～3制得的铝合金型材进行力学性能、电导率以及腐蚀深度测试，测试结果见表一：
表一
由上表可以看到，通过本专利高强7系铝合金型材生产工艺制备的铝合金型材，力学性能得到了很大提升，其抗拉强度提升到了635MPa以上，屈服强度提升到了606MPa以上，延伸率基本在13％，电导率达到31.12％以上，腐蚀深度达到19.25μm以下，达到了铝合金型材强度、断裂韧性和抗腐蚀性的协同提高。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种高强7系铝合金型材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、配料：铝合金铸锭按照如下质量百分比配料：Zn：5.4～5.8％、Mg：2.4～2.7％、Cu：1.6～1.8％、Cr：0.22～0.26％、Fe≤0.18％、Si≤0.18％、Mn≤0.13％、单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al；
B、熔炼：将配制好的铝合金原料置于熔炼炉中熔炼为液态铝合金，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；
C、双级均匀化处理：将熔铸后的铝合金铸锭进行双级均匀化处理消除铝合金铸锭中的晶粒偏析，其中双级均匀化制度为在460±5℃保温6h后在480±5℃保温15h；
D、挤压成型：将双级均匀化处理的铝合金铸锭置于挤压机模具中均匀挤压，得到尺寸及形位公差符合标准要求的铝合金型材，其中铝合金铸锭的加热温度为440～490℃，挤压筒加热温度480～500℃，挤压机挤压速度为1.0～1.2m/min，挤压比为10∶1；
E、固溶淬火：将挤压后的铝合金型材进行固溶处理，固溶处理温度为470±5℃，保温时间为1～1.5h，固溶后的铝合金型材采用18～22％的PAG淬火液进行淬火，淬火过程的冷却速度为150～200℃/min；
F、时效热处理：将淬火处理后的铝合金型材进行时效热处理，时效温度为110±5℃，保温时间为15h，然后将铝合金型材的时效温度在25～35min内回归至190±5℃后水冷淬火进行再时效，再时效温度为130±5℃，保温时间为15h，最后将时效热处理后的铝合金型材空冷至室温；
G、整形处理：将时效热处理后的铝合金型材进行抛光打磨，去除毛刺和拉痕。
2.如权利要求1所述高强7系铝合金型材的制备方法，其特征在于，步骤B中液态铝合金的熔炼温度为755～765℃，铝合金原料在30～50％熔化为铝液时，开启电磁搅拌，当铝合金原料全部融化后，加入中间合金、添加剂、纯金属，并进行扒渣、调成分、转炉至保温炉进行炉内精炼，成分合格后，熔体静置15～20min，随后在700～720℃条件下去除熔体中的气体和炉渣，随后在680～710℃条件下浇铸成铝合金铸锭。
3.如权利要求1所述高强7系铝合金型材的制备方法，其特征在于，步骤B铝合金在保温炉内精炼时加入液态铝合金量0.5～0.6％的精炼剂并进行均匀搅拌，对液态铝合金进行精炼细化20～40min，直到液面无气泡产生，其中精炼剂为六氯乙烷。
4.如权利要求1所述高强7系铝合金型材的制备方法，其特征在于，步骤C的双级均匀化制度为在460℃保温6h后在480℃保温15h。
5.如权利要求1所述高强7系铝合金型材的制备方法，其特征在于，步骤D铝合金铸锭采用分段梯度式加热，铝合金铸锭头部温度为475～485℃，中部温度为450～460℃，尾部温度为440～450℃。
6.如权利要求1所述高强7系铝合金型材的制备方法，其特征在于，步骤E铝合金型材固溶处理温度为470℃，保温时间为1～1.5h。
7.如权利要求1所述高强7系铝合金型材的制备方法，其特征在于，步骤F时效热处理制度为，第一级时效温度为110℃，保温时间为15h，然后将铝合金型材的第一级时效温度在25～35min内回归至190℃后水冷淬火进行第二级时效，第二级时效温度为130±5℃，保温时间为15h，最后将时效热处理后的铝合金型材空冷至室温。
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