CN109972064B - 一种喷射成形7055铝合金的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种喷射成形7055铝合金的热处理方法，包括如下步骤：双级固溶；回归低温再时效处理；欠时效预处理；回归处理；低温再时效处理。双级固溶处理包括：一级固溶；二级固溶。本发明采用欠时效作为回归处理前的预处理，控制合金基体中η相的数量，使基体中仅有少量η相生成，从而保证材料具有一定的屈服强度，随后的回归处理将基体中绝大部分GP区重新溶入基体，为低温再时效析出大量弥散的GP区做组织准备。同时回归处理还避免了以单纯GP区为强化相而需花费长时间的时效工艺来实现7055铝合金的高强韧性。
Description
技术领域
本发明属于铝合金处理工艺，尤其涉及一种喷射成形7055铝合金的热处理方法。
背景技术
7055铝合金为一种Al-Zn-Mg-Cu系可热处理强化超高强度铝合金，相比于其他7000系铝合金，7055铝合金由于有更高的强度和良好的综合性能，俗称“王牌铝合金”，在航空航天领域得到了广泛应用。
7055铝合金可通过热处理工艺的调节而获得不同的力学性能，这主要是通过热处理时效过程对析出相粒子的数量、分布与大小进行调控进而调控材料的力学性能和耐腐蚀性能。例如美铝公司相继开发了7000系铝合金的T73、T76、T74与T77时效工艺。该系铝合金T73状态具有良好的塑韧性和耐腐蚀性能，但强度较低；T76态材料强度较高，但耐腐蚀性与塑韧性较差，T74态材料性质则介于T73与T76之间。虽然T77状态材料具有良好的综合性能，但是具体制作工艺仍未公开。
随着航空航天工业的飞速发展，对超高强铝合金材料性能的要求也越来越高。喷射成形技术制备的材料具有快速凝固的组织特征，可以实现铝合金锭坯的高合金化、少无偏析、组织均匀、精细。由于喷射成形的技术优势，及其所生产合金具有良好的微观组织特点，喷射成形7055铝合金可以实现主合金元素含量的同时具备良好的热加工成形性能。
目前关于喷射成形7055铝合金的热处理工艺多集中于针对传统铸造Al-Zn-Mg-Cu系合金的T6、T73、T74、T76、T77热处理工艺，但这些热处理工艺都难以实现合金在保持高强度，尤其是屈服强度的同时具有高的塑性，如实现7055铝合金屈服强度大于700MPa，且断裂延伸率高于10％的性能指标。中国专利CN103911568A提出了适用于一种适用于喷射成形Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金的热处理方法，即通过欠时效预处理+高温回归处理+峰值时效再处理”的回归再时效处理方法来获得较高的强度与耐腐蚀性能，该热处理工艺使得喷射成形7055铝合金屈服强度达到700MPa，但回归处理后的120℃保温进行峰时效不利于材料获得高塑性，材料拉伸断裂延伸率仅有8％左右。此外由于该工艺中回归处理温度达200℃以上，析出相粗化速率大大增加，实际生产中不易控制回归时间，从而难以保证材料具有稳定的强度。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种喷射成形7055铝合金的热处理方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
本发明采用如下技术方案：
在一些可选的实施例中，一种喷射成形7055铝合金的热处理方法，包括如下步骤：
S1：双级固溶；
S2：回归低温再时效处理；
所述步骤S2的回归低温再时效处理包括：
S201：欠时效预处理；
S202：回归处理；
S203：低温再时效处理。
优选的，所述步骤S1双级固溶处理包括：
S101：一级固溶；
S102：二级固溶。
优选的，所述步骤S201的欠时效预处理为：
将固溶态喷射成形的7055铝合金升温至120℃，保温6小时至12小时后水冷至室温。
优选的，所述步骤S202的回归处理为：
升温至170℃-190℃，保温50分钟至2小时后水冷至室温。
优选的，所述步骤S203的低温再时效处理为：
升温至45℃-85℃，保温48小时至200小时后空冷至室温。
优选的，所述步骤S101的一级固溶为：
固溶温度为450℃-465℃，保温1小时至3小时。
优选的，所述步骤S102的二级固溶为：
固溶温度为473℃-480℃，保温0.5小时至3小时。
优选的，所述一级固溶和所述二级固溶的保温时间与材料厚度呈正相关。
优选的，所述步骤S201的欠时效预处理保温时间为8小时至10小时；
所述步骤S202回归处理为采用盐浴加热升温至180℃，保温60分钟至90分钟后水冷至室温。
所述步骤S203的低温再时效处理为升温至50℃-65℃，保温168小时至200小时后空冷至室温。
优选的，所述步骤S203的低温再时效处理的保温时间随温度增加而缩短。
本发明所带来的有益效果：本发明采用欠时效作为回归处理前的预处理，控制合金基体中η相的数量，使基体中仅有少量η相生成，从而保证材料具有一定的屈服强度，随后的回归处理将基体中绝大部分GP区重新溶入基体，为低温再时效析出大量弥散的GP区做组织准备。同时回归处理还避免了以单纯GP区为强化相而需花费长时间的时效工艺来实现7055铝合金的高强韧性。
本发明采用较低的回归温度，材料在回归温度下保温时间较长，回归温度与保温时间对最终材料性能波动较小，有利于在实际生产中应用
参考断续时效工艺可以明显提高7000系铝合金强韧性这一特点，本发明通过降低传统Al-Zn-Mg-Cu系铝合金回归再时效工艺，峰时效或欠时效和回归处理和峰值再时效，中再时效的温度，而延长保温时间，从而有利于提高喷射成形7055铝合金的塑性。相比于传统再时效工艺，有110℃-120℃温度保温20h-40h，低温长时间再时效处理使得基体中析出更加细小弥散的GP区，由于位错很容易切过GP区，因此该粒子比例的提高可增大位错滑移自由程，从而提高材料塑性变形能力。
为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。
具体实施方式
以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。
在一些说明性的实施例中，一种喷射成形7055铝合金的热处理方法，包括如下步骤：
S1：双级固溶；
S101：一级固溶；固溶温度为450℃-465℃，保温1小时至3小时。
S102：二级固溶；固溶温度为473℃-480℃，保温0.5小时至3小时。
S2：回归低温再时效处理；
S201：欠时效预处理；将固溶态喷射成形的7055铝合金升温至120℃，保温6小时至12小时后水冷至室温。
S202：回归处理；升温至170℃-190℃，保温50分钟至2小时后水冷至室温。
S203：低温再时效处理。升温至45℃-85℃，保温48小时至200小时后空冷至室温。
在一种可选的实施例中，所述一级固溶和所述二级固溶的保温时间与材料厚度呈正相关。
在一种可选的实施例中，所述步骤S201的欠时效预处理保温时间为8小时至10小时；
在一种可选的实施例中，所述步骤S202回归处理为采用盐浴加热升温至180℃，保温60分钟至90分钟后水冷至室温。
在一种可选的实施例中，所述步骤S203的低温再时效处理为升温至50℃-65℃，保温168小时至200小时后空冷至室温。
在一种可选的实施例中，所述步骤S203的低温再时效处理的保温时间随温度增加而缩短。
实施例所用材料为：利用喷射成形工艺制备质量分数为Al-8.14Zn-2.11Mg-2.43Cu-0.12Zr的7055铝合金圆锭，锭坯经热挤压进行致密化，挤压材料规格为
棒材以及横截面为65×410mm的厚板。
实施例1：两种规格挤压材料一级固溶：450℃保温3小时。二级固溶：半小时升温至475℃保温3小时，随后水淬。欠时效预处理：淬火材料在120℃保温6小时后水淬至室温。回归处理：接着在170℃保温2h后水淬至室温。低温再时效处理：随后在45℃保温200小时。热处理结束后对材料进行拉伸试验，测量材料的抗拉强度、屈服强度以及断裂伸长率。
实施例2：两种规格挤压材料一级固溶：450℃保温3小时。二级固溶：半小时升温至475℃保温3小时，随后水淬。欠时效预处理：淬火材料在120℃保温9小时后水淬至室温。回归处理：接着在180℃保温70分钟后水淬至室温。低温再时效处理：随后在65℃保温168小时。热处理结束后对材料进行拉伸试验，测量材料的抗拉强度、屈服强度以及断裂伸长率。
实施例3：两种规格挤压材料一级固溶：450℃保温3小时。二级固溶：半小时升温至475℃保温3小时，随后水淬。欠时效预处理：淬火材料在120℃保温12小时后水淬至室温。回归处理：接着在190℃保温50分钟后水淬至室温。低温再时效处理：随后在85℃保温60小时。热处理结束后对材料进行拉伸试验，测量材料的抗拉强度、屈服强度以及断裂伸长率。
实施例4：两种规格挤压材料一级固溶：465℃保温3小时。二级固溶：半小时升温至480℃保温2小时，随后水淬。欠时效预处理：淬火材料在120℃保温6小时后水淬至室温。回归处理：接着在170℃保温2小时后水淬至室温。低温再时效处理：随后在45℃保温200小时。热处理结束后对材料进行拉伸试验，测量材料的抗拉强度、屈服强度以及断裂伸长率。
实施例5：两种规格挤压材料一级固溶：465℃保温3小时。二级固溶：半小时升温至480℃保温2小时，随后水淬。欠时效预处理：淬火材料在120℃保温9小时后水淬至室温。回归处理：接着在180℃保温70分钟后水淬至室温。低温再时效处理：随后在65℃保温168小时。热处理结束后对材料进行拉伸试验，测量材料的抗拉强度、屈服强度以及断裂伸长率。
实施例6：两种规格挤压材料一级固溶：465℃保温3小时。二级固溶：半小时升温至480℃保温2小时，随后水淬。欠时效预处理：淬火材料在120℃保温12小时后水淬至室温。回归处理：接着在190℃保温50分钟后水淬至室温。低温再时效处理：随后在85℃保温60小时。热处理结束后对材料进行拉伸试验，测量材料的抗拉强度、屈服强度以及断裂伸长率。
对比例：
对比例1：利用与实施例1相同的挤压材料，一级固溶：465℃保温3小时。二级固溶：半小时升温至480℃保温2小时，随后水淬。欠时效预处理：淬火材料在120℃保温24小时后水淬至室温。回归处理：接着在170℃保温2小时后水淬至室温。低温再时效处理：随后在120℃保温24小时。热处理结束后对材料进行拉伸试验，测量材料的抗拉强度、屈服强度以及断裂伸长率。
对比例2：利用与实施例1相同的挤压材料，一级固溶：465℃保温3小时。二级固溶：半小时升温至480℃保温2小时，随后水淬。欠时效预处理：淬火材料在120℃保温24小时后水淬至室温。回归处理：接着在180℃保温70分钟后水淬至室温。低温再时效处理：随后在120℃保温24小时。热处理结束后对材料进行拉伸试验，测量材料的抗拉强度、屈服强度以及断裂伸长率。
对比例3：利用与实施例1相同的挤压材料，一级固溶：465℃保温3小时。二级固溶：半小时升温至480℃保温2小时，随后水淬。欠时效预处理：淬火材料在120℃保温24小时后水淬至室温。回归处理：接着在190℃保温50分钟后水淬至室温。低温再时效处理：随后在120℃保温24小时。热处理结束后对材料进行拉伸试验，测量材料的抗拉强度、屈服强度以及断裂伸长率。
对比例4：利用与实施例1相同的挤压材料，一级固溶：465℃保温3小时。二级固溶：半小时升温至480℃保温2小时，随后水淬。欠时效预处理：淬火材料在120℃保温24小时后水淬至室温。回归处理：接着在180℃保温70分钟后水淬至室温。低温再时效处理：随后在110℃保温24小时。热处理结束后对材料进行拉伸试验，测量材料的抗拉强度、屈服强度以及断裂伸长率。
对比例5：利用与实施例1相同的挤压材料，一级固溶：465℃保温3小时。二级固溶：半小时升温至480℃保温2小时，随后水淬。欠时效预处理：淬火材料在120℃保温24小时后水淬至室温。回归处理：接着在180℃保温70分钟后水淬至室温。低温再时效处理：随后在90℃保温40小时。热处理结束后对材料进行拉伸试验，测量材料的抗拉强度、屈服强度以及断裂伸长率。
实施例1-6及对比例1-5中所测量的数据见下表：
本领域技术人员还应当理解，熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。
Claims (4)
1.一种喷射成形7055铝合金的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：双级固溶；一级固溶为：固溶温度为450℃-465℃，保温1小时至3小时；二级固溶为：固溶温度为473℃-480℃，保温0.5小时至3小时；
S2：回归低温再时效处理；所述步骤S2的回归低温再时效处理包括：
S201：欠时效预处理；将固溶态喷射成形的7055铝合金升温至120℃，保温6小时至12小时后水冷至室温；
S202：回归处理；升温至170℃-190℃，保温50分钟至2小时后水冷至室温；
S203：低温再时效处理；升温至45℃-85℃，保温48小时至200小时后空冷至室温。
2.如权利要求1所述的一种喷射成形7055铝合金的热处理方法，其特征在于，所述一级固溶和所述二级固溶的保温时间与材料厚度呈正相关。
3.如权利要求2所述的一种喷射成形7055铝合金的热处理方法，其特征在于，所述步骤S201的欠时效预处理保温时间为8小时至10小时；
所述步骤S202回归处理为采用盐浴加热升温至180℃，保温60分钟至90分钟后水冷至室温；
所述步骤S203的低温再时效处理为升温至50℃-65℃，保温168小时至200小时后空冷至室温。
4.如权利要求3所述的一种喷射成形7055铝合金的热处理方法，其特征在于，所述步骤S203的低温再时效处理的保温时间随温度增加而缩短。
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