CN110872673B - 一种高锌含量Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金快速硬化热处理工艺 - Google Patents

一种高锌含量Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金快速硬化热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高锌含量Al‑Zn‑Mg‑Cu‑Zr合金快速硬化热处理工艺，其特征在于：包括低温固溶阶段及快速自然时效硬化阶段，低温固溶阶段包含：单级低温同步变形固溶工艺或者双级低温固溶工艺，快速自然时效硬化阶段为合金经固溶后，在室温环境下静置若干天；单级低温同步变形固溶工艺步骤包括：将高锌含量铝合金坯料在380‑410℃下保温一段时间，经挤压成型后，快速水冷淬火，淬火转移时间≤10S；双级低温固溶工艺步骤包括：将高锌含量铝合金坯料在380‑410℃下保温一段时间，挤压成型后，空冷，在350‑410℃下保温一段时间后，快速水冷淬火，淬火转移时间≤10S。一种高锌含量Al‑Zn‑Mg‑Cu‑Zr合金快速硬化热处理工艺，可大幅提升高锌含量铝合金的硬度和抗拉强度，且能耗低，工艺流程简单。

Description

一种高锌含量Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金快速硬化热处理工艺
技术领域
本发明涉及金属材料热加工领域，特别是涉及一种高锌含量Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金快速硬化热处理工艺。
背景技术
近年来，汽车、轨道交通、航天航空等产业快速发展，对铝合金综合性能提出越来越高的要求。锌是铝合金中常见添加元素，合金中锌含量对铝合金析出相的种类、形貌和分布有着显著影响，进而影响铝合金的力学性能。高锌含量Al-Zn系合金(Zn含量20-45wt.％)，具有熔点低，流动性好，铸造性能佳的特点。此外，一些研究发现，其还具有优异的耐磨性及阻尼性能。鉴于此，高锌含量Al-Zn系合金的研究具有重要的学术和工业应用价值。
目前，有关7000系铝合金热处理工艺研究较多，常见热处理工艺为单级/多级固溶+单级时效/双级过时效/回归再时效。其常规固溶温度介于450-490℃之间，人工时效温度介于80-180℃之间。与7000系铝合金相比，高锌含量Al-Zn系金中的Zn含量显著高于7000系铝合金的Zn含量。且Zn在铝合金中的扩散系数高，在铝合金中室温固溶度低于1wt.％。因此，高锌含量Al-Zn系合金中除了MgZn2、Al2Cu等常见相外，还存在着大量的Zn颗粒，由于Zn的熔点低，若借用7000系铝合金常规固溶温度(450-490℃)，会引起过烧。显然，7000系铝合金常见热处理工艺不适用于高锌含量Al-Zn系合金，需要探索一种更为适合高锌含量Al-Zn系合金的热处理工艺。
迄今为止，有关高锌含量Al-Zn系合金的热处理工艺研究甚少。专利CN10705889A提出了一种Zn含量为20～25wt.％的Al-Zn-Sc变形铝合金的制备方法，但该工艺仅提及了合金在轧制变形前在400-450℃保温1-1.5h，并未涉合金变形后的热处理工艺。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种高锌含量Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金快速硬化热处理工艺，该热处理工艺可大幅提升高锌含量铝合金的抗拉强度。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高锌含量Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金快速硬化热处理工艺，包括低温固溶阶段及快速自然时效硬化阶段，低温固溶阶段包含：单级低温同步变形固溶工艺或者双级低温固溶工艺，快速自然时效硬化阶段为合金经固溶后，在室温环境下静置若干天；单级低温同步变形固溶工艺步骤包括：将高锌含量铝合金坯料在380-410℃下保温一段时间，经挤压成型后，快速水冷淬火，淬火转移时间≤10S；双级低温固溶工艺步骤包括：将高锌含量铝合金坯料在380-410℃下保温一段时间，挤压成型后，空冷，在350-410℃下保温一段时间后，快速水冷淬火，淬火转移时间≤10S。
单级低温同步变形固溶工艺在380-410℃下保温20-40min。
双级低温固溶工艺在380℃-410℃下保温20-40min，在350-410℃下保温1-1.5h。
其中，室温范围为25-38℃。
进一步，快速自然时效硬化工艺，高锌含量铝合金在室温下静置3-7天。
其中，超高锌含量的铝合金的成分范围，按质量百分比为：Zn 18-28％，Mg 1.0-3.0％，Cu 1.0-2.0％，Zr0.05-0.2％，不可避免的杂质含量小于0.2％，Al为余量。
总的说来，本发明具有如下优点：
一种高锌含量Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金快速硬化热处理工艺，可大幅提升高锌含量铝合金的硬度和抗拉强度，且能耗低，工艺流程简单，适合工业化推广。
附图说明
图1为实施例1、2及3中自然时效过程中的合金硬度随时间变化曲线。
图2为实施2达到稳定峰值硬度后对应的透射显微组织。
图3为实施2达到稳定峰值硬度后对应的透射显微组织。
具体实施方式
下面来对本发明做进一步详细的说明。
实施例1、
将高锌含量Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金坯料在400℃下固溶30min，经热挤压成型后(挤压桶温度400℃)，快速水冷淬火，淬火转移时间≤10S。合金放置于室温环境(25-38℃)下进行自然时效，6天后，硬度达到稳定值为166.3Hv，对合金进行力学性能测试，测试结果见表1：最大抗拉强度511MPa,伸长率为4.5％。
实施例2
将高锌含量Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金坯料在400℃温度下固溶30min，经热挤压成型后(挤压桶温度400℃)，空冷，将合金在350℃下保温1h，进行二次固溶，快速水冷淬火，淬火转移时间≤10S。合金放置于室温环境下进行自然时效，6天后，硬度达到稳定值为168.2Hv，对合金进行力学性能测试，测试结果见表1：最大抗拉强度514MPa,伸长率为5.6％。
实施例3
将高锌含量铝合金坯料在400℃温度下固溶30min，经热挤压成型后(挤压桶温度400℃)，空冷，将合金在400℃下保温1h，进行二次固溶，快速水冷淬火，淬火转移时间≤10S。合金放置于室温环境下进行自然时效，6天后，硬度达到稳定值为198.2Hv，对合金进行力学性能测试，测试结果见表1：最大抗拉强度555MPa,伸长率为3.1％。
制备得到的实心棒材的合金力学性能测试表见表1。
表1本发明获得的合金力学性能测试表
Figure BDA0002309082440000041
从表1可知，本申请的工艺可以大幅提升高锌含量铝合金的硬度和抗拉强度。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高锌含量Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金快速硬化热处理工艺，其特征在于：包括低温固溶阶段及快速自然时效硬化阶段，低温固溶阶段包含：单级低温同步变形固溶工艺或者双级低温固溶工艺，快速自然时效硬化阶段为合金经固溶后，在室温环境下静置若干天；
单级低温同步变形固溶工艺步骤包括：将高锌含量铝合金坯料在380-410℃下保温一段时间，经挤压成型后，快速水冷淬火，淬火转移时间≤10S；
双级低温固溶工艺步骤包括：将高锌含量铝合金坯料在380-410℃下保温一段时间，挤压成型后，空冷，在350-410℃下保温一段时间后，快速水冷淬火，淬火转移时间≤10S；
双级低温固溶工艺在380℃-410℃下保温20-40min，在350-410℃下保温1-1.5h；
超高锌含量的铝合金的成分范围，按质量百分比为：Zn 18-28%，Mg 1.0-3.0%，Cu 1.0-2.0%，Zr0.05-0.2%，不可避免的杂质含量小于0.2%，Al为余量。
2.按照权利要求1所述的一种高锌含量Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金快速硬化热处理工艺，其特征在于：单级低温同步变形固溶工艺在380-410℃下保温20-40min。
3.按照权利要求1所述的一种高锌含量Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金快速硬化热处理工艺，其特征在于：室温范围为25-38℃。
4.按照权利要求1所述的一种高锌含量Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金快速硬化热处理工艺，其特征在于：快速自然时效硬化工艺，高锌含量铝合金在室温下静置3-7天。
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