CN111690886B - 一种提高高锌含量的Al-Zn合金综合力学性能的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高高锌含量的Al‑Zn合金综合力学性能的处理方法，首先在室温下对高锌含量的Al‑Zn合金铸坯进行表面处理，然后进行固溶处理，再经过一级时效处理，之后进行轧制形变处理，最后进行二级时效处理和三级时效处理。本发明方法较通过形变强化和分级时效处理，进一步提高了高锌含量的Al‑Zn合金的强度和塑性。本发明方法的工艺参数易控制，处理过程无污染，无烧损，效果好。

Description

一种提高高锌含量的Al-Zn合金综合力学性能的处理方法

技术领域

本发明涉及合金热处理技术领域，具体涉及一种提高高锌含量的Al-Zn合金综合力学性能的处理方法。

背景技术

Al-Zn合金具有较高的强度、良好的铸造性能、切削性能、焊接性能和尺寸稳定性，而且成本低，在工业、农业、交通运输业等领域有着广泛的应用，具有重要的商业应用价值。

Al-Zn合金以Al和Zn为基础，通常还会加入一些其他合金元素，如硅、铜、镁等。此类合金在铸造状态下即具有较高的力学性能。高温时锌在铝内的溶解度很大，当温度下降时，锌的溶解度又急剧下降。因此，通常冷却速度下，锌已经能过饱和于固溶体中，只有在非常缓慢的冷却速度下，锌会从固溶体中析出。Al-Zn合金中，随着含锌量的增加，合金的密度上升，铸造性能下降，形成热裂的倾向增大。在一定范围内，合金的强度随着含锌量的增加而逐渐上升，但是塑性则相反。因此，该系合金的抗冲击性能较低。

Al-Zn合金属于可热处理强化合金，目前我国对此类合金的热处理报道多以传统的固溶加时效的单一热处理为主，对材料的综合力学性能提升有限。

发明内容

为了提高Al-Zn合金的综合力学性能的技术问题，而提供一种提高高锌含量的Al-Zn合金综合力学性能的处理方法。本发明方法克服了现有技术处理手段单一的缺陷，引入了形变强化与分级处理的步骤，不形成新的污染，无副作用，强化效果好。

一种提高高锌含量的Al-Zn合金综合力学性能的处理方法，按如下顺序步骤进行处理：

(1)表面处理、清洗、烘干高锌含量的Al-Zn合金铸坯，所述Al-Zn合金中锌含量为10wt％～20wt％，其余为铝；

(2)固溶处理后进行一级时效处理；

(3)进行轧制形变处理；

(4)进行二级时效处理和三级时效处理。

进一步地，步骤(1)中所述表面处理的方法是：室温下对Al-Zn合金进行打磨去皮，先用氢氧化钠溶液浸泡，再用硝酸溶液浸泡；所述清洗采用酒精清洗。氢氧化钠和硝酸处理的目的都是为了去除Al-Zn合金表面的氧化皮Al₂O₃，氧化皮能够与氢氧化钠和硝酸反应，先用氢氧化钠处理后，过量的碱以用硝酸中和，同时硝酸进一步去除氧化皮，之后用酒精冲洗干净。

更进一步地，所述氢氧化钠溶液的浓度为40g/L～60g/L，所述浸泡的时间为2min～3min；所述硝酸溶液的浓度为20g/L～50g/L，所述浸泡的时间为1min～2min。

进一步地，步骤(2)中所述固溶处理的过程是将清洗、烘干后的Al-Zn合金置于加热温度为450℃～470℃下保温1h，然后取出水淬。

进一步地，步骤(2)中所述一级时效处理的温度为120℃～150℃，保温时间为24h。

进一步地，步骤(3)中所述轧制形变处理包括至少一道次的轧制成型过程，轧制的压下量为10％～60％。压下量的大小代表了合金材料的变形程度，压下量越大变形程度也越大，效率也越高，但为了防止合金开裂，通常压下量不超过80％。

进一步地，步骤(4)中所述二级时效处理的温度为170℃～200℃，保温时间为0.5h～1h。

进一步地，步骤(4)中所述三级时效处理的温度为120℃～150℃，保温时间为18h～24h。

有益技术效果：

由于在一定范围内，高锌含量的Al-Zn合金虽然随着锌含量的增加合金强度提高，但是其铸造性能差，塑性、抗冲击性能也相对较低。本发明通过对清洗、烘干后的高锌含量的Al-Zn合金先进行固溶处理再进行一级时效处理后，可以析出尺寸均匀、合适的弥散分布强化相，能够提高高锌含量的Al-Zn合金再结晶形核率，从而细化合金晶粒；然后进行的轧制形变处理能够使得晶粒的形状沿形变方向拉长，产生大量的位错，并析出第二相粒子，位错和第二相粒子阻碍晶界的滑移，从而在一定程度上提高高锌含量的Al-Zn合金的强度和硬度；最后进行二级时效热处理和三级时效，二级时效处理会造成晶粒粗大，所以采用短时间时效，但同时晶界处会有第二相析出，而随着三级时效处理时间的延长，第二相进一步在细长的晶粒内及晶界处析出，能够进一步提高高锌含量的Al-Zn合金的强度和塑性。

附图说明

图1为实施例3中Al-20wt％Zn合金铸坯经过步骤(1)～(4)整体处理前后于扫描电子电子显微镜下放大100倍的图；其中左图为Al-20wt％Zn合金铸坯未经过本发明步骤(1)～(4)整体处理的扫描电子显微镜图，标尺200微米；右图为Al-20wt％Zn合金铸坯经过实施例3中步骤(1)～(4)整体处理的扫描电子显微镜图，标尺100微米。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

此外，需要说明的是，使用“一级”、“二级”、“三级”等词语来限定步骤(2)和步骤(4)中的时效处理，仅用于区分各步骤的时效处理。

实施例1

一种提高高锌含量的Al-Zn合金综合力学性能的处理方法，按如下顺序步骤进行处理：

(1)室温下对切割好的Al-10wt％Zn合金铸坯进行打磨去皮，先用浓度为40g/L的氢氧化钠溶液浸泡3分钟，然后用浓度为20g/L硝酸溶液浸泡2分钟，随后用酒精清洗，烘干；

(2)处理完毕的样品进行固溶处理：置于加热温度为470℃下保温1h，然后取出水淬，室温冷却，然后进行一级时效处理：置于120℃下保温24h，取出后即可进行下一步的轧制形变处理；

(3)进行轧制形变处理：进行压下量为50％的一次轧制成型；

(4)轧制后的样品进行二级时效处理和三级时效处理，所述二级时效处理的过程是在温度为173℃下保温0.5h，冷却至120℃后再进行三级时效处理，所述三级时效处理的过程是在温度为120℃下保温20h。

实施例2

一种提高高锌含量的Al-Zn合金综合力学性能的处理方法，按如下顺序步骤进行处理：

(1)室温下对切割好的Al-15wt％Zn合金铸坯进行打磨去皮，先用浓度为60g/L的氢氧化钠溶液浸泡3分钟，然后用浓度为50g/L硝酸溶液浸泡1分钟，随后用酒精清洗，烘干；

(2)处理完毕的样品进行固溶处理：置于加热温度为450℃下保温1h，然后取出水淬，室温冷却，然后进行一级时效处理：置于150℃下保温24h，取出后即可进行下一步的轧制形变处理；

(3)进行轧制形变处理：进行每次压下量为20％的三道次轧制成型；

(4)轧制后的样品进行二级时效处理和三级时效处理，所述二级时效处理的过程是在温度为200℃下保温0.5h，冷却至120℃后再进行三级时效处理，所述三级时效处理的过程是在温度为150℃下保温18h。

实施例3

一种提高高锌含量的Al-Zn合金综合力学性能的处理方法，按如下顺序步骤进行处理：

(1)室温下对切割好的Al-20wt％Zn合金铸坯进行打磨去皮，先用浓度为50g/L的氢氧化钠溶液浸泡3分钟，然后用浓度为30g/L硝酸溶液浸泡1分钟，随后用酒精清洗，烘干；

(2)处理完毕的样品进行固溶处理：置于加热温度为470℃下保温1h，然后取出水淬，室温冷却，然后进行一级时效处理：置于150℃下保温24h，取出后即可进行下一步的轧制形变处理；

(3)进行轧制形变处理：进行每次压下量为30％的两道次轧制成型；

(4)轧制后的样品进行二级时效处理和三级时效处理，所述二级时效处理的过程是在温度为190℃下保温0.5h，冷却至120℃后再进行三级时效处理，所述三级时效处理的过程是在温度为130℃下保温24h。

对本实施例的Al-20wt％Zn合金铸坯经过步骤(1)～(4)整体处理前后进行扫描电子电子显微镜的观察，如图1所示，图1左图为Al-20wt％Zn合金铸坯未经过以上步骤(1)～(4)整体处理的SEM图，右图为经过以上步骤(1)～(4)整体处理的SEM图。由图1可知，Al-20wt％Zn合金铸坯经过本实施例步骤(1)～(4)整体处理后合金组织中的晶粒尺寸明显减小。

对比例1

本对比例为未经实施例1步骤(1)～(4)整体处理过的Al-10wt％Zn合金铸坯。

对比例2

本对比例为未经实施例3步骤(1)～(4)整体处理过的Al-20wt％Zn合金铸坯。

对比例3

本对比例的处理方法与实施例3的处理方法相同，不同之处在于，步骤(2)的固溶处理后，直接进行一级时效处理+二级时效处理+三级时效处理，最后进行轧制形变处理。即本对比例的工艺为清洗、烘干→固溶处理+一级时效处理→二级时效处理+三级时效处理→轧制形变处理。

对比例4

本对比例的处理方法与实施例3的处理方法相同，不同之处在于，步骤(2)先进行轧制形变处理，步骤(3)再进行固溶处理+一级时效处理。即本对比例的工艺为清洗、烘干→轧制形变处理→固溶处理+一级时效处理→二级时效处理+三级时效处理。

对以上实施例和对比例处理方法得到的Al-Zn合金按照现行国家标准GB/T16865进行性能测试，测试项目包括屈服强度、拉伸强度、断裂伸长率，数据见表1。

表1实施例和对比例处理方法得到的Al-Zn合金性能

由表1可知，本发明实施例1～3中随着锌含量的增加，虽然强度逐渐提升，但是断裂伸长率逐渐减小，但是断裂伸长率的减小幅度较小，说明本发明方法能够提高高锌含量的Al-Zn合金的综合力学性能。将对比例1与实施例1相比，经过本发明步骤(1)～(4)整体处理后Al-10wt％Zn合金的综合力学性能均有所提升；将对比例2与实施例2相比，经过本发明步骤(1)～(4)整体处理后Al-20wt％Zn的强度有较大提升，断裂伸长率损失很小部分；将对比例3与实施例3相比，对比例3按照清洗、烘干→固溶处理+一级时效处理→二级时效处理+三级时效处理→轧制形变处理后的Al-20wt％Zn其综合力学性能较本发明采用清洗、烘干→固溶处理+一级时效处理→轧制形变处理→二级时效处理+三级时效处理的综合力学性能差；将对比例4与实施例3相比，对比例4按照清洗、烘干→轧制形变处理→固溶处理+一级时效处理→二级时效处理+三级时效处理后的Al-20wt％Zn其强度较本发明采用清洗、烘干→固溶处理+一级时效处理→轧制形变处理→二级时效处理+三级时效处理的强度差很多。

本发明先进行固溶处理再进行一级时效处理后，可以析出尺寸均匀、合适的弥散分布强化相，能够提高高锌含量的Al-Zn合金再结晶形核率，从而细化合金晶粒；然后进行的轧制形变处理能够使得晶粒的形状沿形变方向拉长，产生大量的位错，并析出第二相粒子，位错和第二相粒子阻碍晶界的滑移，从而在一定程度上提高高锌含量的Al-Zn合金的强度和硬度；最后进行二级时效热处理和三级时效，二级时效处理会造成晶粒粗大，所以采用短时间时效，但同时晶界处会有第二相析出，而随着三级时效处理时间的延长，第二相进一步在细长的晶粒内及晶界处析出，能够进一步提高高锌含量的Al-Zn合金的强度和塑性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种提高高锌含量的Al-Zn合金综合力学性能的处理方法，其特征在于，按如下顺序步骤进行处理：

(1)表面处理、清洗、烘干高锌含量的Al-Zn合金铸坯，所述Al-Zn合金中锌含量为10wt％～20wt％，其余为铝；

(2)固溶处理后进行一级时效处理；

所述固溶处理的过程是将清洗、烘干后的Al-Zn合金置于加热温度为450℃～470℃下保温1h，然后取出水淬；

所述一级时效处理的温度为120℃～150℃，保温时间为24h；

(3)进行轧制形变处理；所述轧制形变处理包括至少一道次的轧制成型过程，轧制的压下量为10％～60％；

(4)进行二级时效处理和三级时效处理；

所述二级时效处理的温度为170℃～200℃，保温时间为0.5h～1h；

所述三级时效处理的温度为120℃～150℃，保温时间为18h～24h。

2.根据权利要求1所述的一种提高高锌含量的Al-Zn合金综合力学性能的处理方法，其特征在于，步骤(1)中所述表面处理的方法是：室温下对Al-Zn合金进行打磨去皮，先用氢氧化钠溶液浸泡，再用硝酸溶液浸泡；所述清洗采用酒精清洗。

3.根据权利要求2所述的一种提高高锌含量的Al-Zn合金综合力学性能的处理方法，其特征在于，所述氢氧化钠溶液的浓度为40g/L～60g/L，所述浸泡的时间为2min～3min；所述硝酸溶液的浓度为20g/L～50g/L，所述浸泡的时间为1min～2min。

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