CN110964993A - 一种高铜镁比的Al-Zn-Mg-Cu-Zr超高强铝合金铸锭分级均匀化处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高铜镁比的Al‑Zn‑Mg‑Cu‑Zr超高强铝合金铸锭分级均匀化处理工艺，具体步骤为：将合金铸锭以25～50℃/h从室温升温至375～425℃后保温5～15h；再以25～50℃/h升温至450℃后，继续以5～15℃/h升温至465～475℃间后保温时间1～4h；最后将合金以1～5℃/h升温至480～490℃并保温16～36h，随后空冷。本发明主要适用于Cu/Mg＞1的超高强Al‑Zn‑Mg‑Cu合金，通过分级工艺处理，不仅能够促进合金中Al3Zr纳米级弥散相的均匀析出，提高合金后续变形组织的高温稳定性；同时能有效消除铸锭中低熔点非平衡共晶相T相(AlZnMgCu相)，并且也充分考虑到了T相向S相(Al2CuMg相)的转变等因素，最终实现T相和S相的完全回溶，有力避免了S相在基体中残留，从而改善或提高铝材的综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金铸锭热处理工艺领域，具体涉及到一种高铜镁比的Al-Zn-Mg-Cu-Zr超高强铝合金铸锭的分级均匀化处理工艺。
背景技术
Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金由于其比强度高等特点，已成为航空航天、国防军工等关键领域的主要的轻质结构材料。但由于超高强铝合金成分较为复杂，元素含量高，各元素成分配比变化等因素，合金铸锭在制备凝固过程中易产生严重的枝晶偏析和成分偏析，造成合金组织和成分不均匀，同时形成大量粗大的非平衡共晶组织和初生相，严重恶化合金综合性能。因此合金铸锭需要进行合理有效的均匀化处理，以改善合金组织与成分的均匀性。
超高强铝合金铸锭的均匀化处理是材料最终能否获得最佳使用性能的关键环节。均匀化处理消除或降低晶内化学成分和组织的不均匀性，促进晶界非平衡共晶相溶解，减少残留相体积分数，改善合金的塑性，提高合金的塑性和抗疲劳断裂性能，同时促进微量元素如Zr等形成的Al3Zr等纳米粒子均匀弥散析出，以抑制后续合金热加工过程中变形组织再结晶和晶粒长大等作用。
Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金由于成分复杂等，形成的初生相种类较多，尤其当合金铸锭成分中Zn含量大于3％，且Cu/Mg较高时，会形成高熔点的含Cu相S相(Al2CuMg相)，此外铸锭在均匀化过程中还会发生由低熔点初生相T相(AlZnMgCu相)转变为更高熔点S相现象，从而造成合金均匀化效果不佳，影响合金最终的综合性能。
基于以上的技术背景，本发明设计了一种高铜镁比的Al-Zn-Mg-Cu-Zr超高强铝合金分级均匀化处理工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供适用于高铜镁比的Al-Zn-Mg-Cu-Zr超高强铝合金分级均匀化处理工艺，适用于Cu/Mg＞1(重量比)的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金，具体工艺包括以下步骤：第一步将合金铸锭从室温以25～50℃/h升温至375～425℃间的某温度点随后保温5～15h；第一步是为了促进合金中微量元素Zr形成的Al3Zr纳米粒子弥散析出。第二步再将合金从375～425℃间的某温度点以25～50℃/h升温至450℃，不保温。第三步再将合金从450℃以5～15℃/h升温至465～475℃间的某温度点随后保温1～4h；第三步是为了有效地消除合金中低熔点T相或促进T相向S相完全转变。第四步再将合金从465～475℃间的某温度点以1～5℃/h升温至480～490℃保温16～36h，随后空冷至室温；第四步是为了消除合金中残留的S相。
所述工艺步骤中，最优工艺参数为：
第一步：将合金从室温以50℃/h升温至400℃，保温5h；
第二步：将合金从400℃以50℃/h升温至450℃，不保温；
第三步：将合金从450℃以10℃/h升温至470℃，保温2h；
第四步：将合金从470℃以2℃/h升温至480℃，保温24h，空冷至室温。
本发明的分级均匀化处理工艺是基于常规单级均匀化工艺和双级均匀化工艺基础上，根据合金残留相的物性能进一步完善的。其第一步在375～425℃某温度点停留保温，是为了促进合金中微量元素Zr形成的Al3Zr纳米粒子析出，来提高合金后续变形组织的高温稳定性，通过处理合金中形成的Al3Zr纳米粒子的数密度能达到102.23μm-2；其第二步和第三步改变升温速率是为了防止温度升高过快，造成低熔点T相过烧，在465～475℃间的某温度点停留保温是为了消除低熔点T相或促进T相向S相完全转变；第四步以较低升温速率升温至480～490℃间的某温度点停留保温，是为了完全消除合金中残留的S相而不造成S相过烧。
本发明的有益效果为：该工艺不仅能够促进合金中微量元素Zr形成的Al3Zr纳米粒子弥散析出，提高合金后续变形组织高温稳定性；同时能够有效消除铸锭中低熔点初生相T相，并且也考虑到了低熔点T相向高熔点S相的转变等因素，最终实现低熔点T相和高熔点S相的完全回溶，有力避免了S相在基体中残留，从而最终改善或提高铝材的综合性能。并且，本发明工艺操作简单，适用于高Cu/Mg比如7050、7150、7055等超高强铝合金工业化生产中的铸锭的均匀化处理使用。
附图说明
附图1为本发明分级均匀化处理工艺示意图；
附图2对比例的工艺1均匀化处理后的合金中残留相SEM照片；
附图3实施例的工艺2均匀化处理后的合金中残留相SEM照片；
附图4工艺1和工艺2处理后合金中残留相含量变化曲线；
附图5合金中弥散分布的Al3Zr纳米粒子的高倍SEM照片。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步描述，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1：将合金铸锭从室温以50℃/h升温至400℃保温5h后升温至450℃，随后以10℃/h升温至470℃并保温2h后，再以2℃/h升温至480℃并保温0～32h后空冷至室温(简称工艺2，工艺参数简写为470℃/2h+480℃/0h、470℃/2h+480℃/16h和470℃/2h+480℃/24h等)。通过SEM观察均匀化后合金中残留相含量情况，使用Image-Pro-Plus软件统计合金第二相残留量。随着保温时间的延长，合金中残留相不断下降，并在16h后基本趋于恒定。根据结果分析，S相在480℃保温24h后基本回溶基体，合金中残留相仅为难溶的Fe、Si杂质相，残留量低于0.2％以下，第二相演变及统计结果图2～4所示。此外通过该工艺处理后，合金中弥散分布的Al3Zr纳米粒子尺寸较小，数密度较大约为102.23μm-2(10万倍视场)，如图5所示。
对比例1：将合金铸锭从室温以50℃/h升温至400℃保温5h后升温至450℃，随后以10℃/h升温至470℃并保温0～32h后空冷至室温(简称工艺1，工艺参数简写为470℃/0h、470℃/2h和470℃/32h等)。通过SEM观察均匀化后合金中残留相含量情况，使用Image-Pro-Plus软件统计合金第二相残留量(统计5张200倍视场平均值)，合金铸锭中第二相面积分数为4.59％，在470℃保温0～32h过程中，虽然随着保温时间的延长，残留第二相含量不断下降，并在16h后变化较小，基本保持恒定，延长保温时间至32h后，合金中残留第二相面积分数仍为0.468％。根据实验结果分析，合金在升温至470℃时，S逐渐出现，T相含量不断减少，在470℃/2h后，合金中T相基本回溶或转成S相，随后随着时间延长，残留相含量减少相对缓慢，这是由于S相在470℃回溶基体相对较难。相关统计结果如图2和图4所示。
通过实施例的工艺2均匀化处理后，不仅合金中含Zr弥散相Al3Zr纳米粒子优化析出，发挥了微量元素Zr在后续合金中的有利作用；同时能够有效改善铸态合金组织成分缺陷，完全消除低熔点共晶相T相以及后续由T相转化的S相，最终提高合金铝材综合性能。以上所述仅为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)
1.一种高铜镁比的Al-Zn-Mg-Cu-Zr超高强铝合金铸锭分级均匀化处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1)，将合金从室温以25℃/h～50℃/h升温至375℃～425℃间的某温度点，保温时间5h～15h；
步骤(2)，将合金从375℃～425℃间的某温度点以25℃/h～50℃/h升温至450℃；
步骤(3)，将合金从450℃以5℃/h～15℃/h升温至465℃～475℃间的某温度点，保温时间1h～4h；
步骤(4)，再将合金从465℃～475℃间的某温度点以1℃/h～5℃/h升温至480℃～490℃，保温时间16h～36h，随后空冷。
2.根据权利要求1所述的一种高铜镁比的Al-Zn-Mg-Cu-Zr超高强铝合金铸锭分级均匀化处理工艺，其特征在于：步骤(1)为将合金从室温以50℃/h升温至400℃，保温时间5h。
3.根据权利要求1所述的一种高铜镁比的Al-Zn-Mg-Cu-Zr超高强铝合金铸锭分级均匀化处理工艺，其特征在于：步骤(2)为将合金从400℃以50℃/h升温至450℃。
4.根据权利要求1所述的一种高铜镁比的Al-Zn-Mg-Cu-Zr超高强铝合金铸锭分级均匀化处理工艺，其特征在于：步骤(3)为将合金从450℃以10℃/h升温至470℃，保温时间2h。
5.根据权利要求1所述的一种高铜镁比的Al-Zn-Mg-Cu-Zr超高强铝合金铸锭分级均匀化处理工艺，其特征在于：步骤(4)将合金从470℃以2℃/h升温至480℃，保温时间24h，随后空冷至室温。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种高铜镁比的Al-Zn-Mg-Cu-Zr超高强铝合金铸锭分级均匀化处理工艺，其特征在于：所述高铜镁比Al-Zn-Mg-Cu-Zr超高强铝合金的Cu/Mg的重量百分比＞1。
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