CN113278900B - Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的固溶处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Al‑Zn‑Mg‑Cu系高强铝合金的固溶处理方法在提高该合金强度中的应用，包括：步骤1，单级固溶过程；步骤2，短时高温过程；步骤3，水淬，室温水淬一次；步骤4，峰值时效。本发明主要针对高合金含量Al‑Zn‑Mg‑Cu系铝合金固溶不充分从而影响合金力学性能的问题，通过在单级固溶制度的基础上增加一步短时高温处理，有效减少了合金固溶后组织中残留粗大第二相数量，增加了时效析出强化相数量，提高合金强度，使热处理后合金组织更加均匀，有利于合金综合性能的改进。本发明所涉及的单级固溶+短时高温处理方法，工艺简单，效果显著，生产效率高，适用于工业生产。

Description

Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的固溶处理方法
技术领域
本发明属于有色金属材料热处理技术领域，具体涉及Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的固溶处理方法。
背景技术
Al-Zn-Mg-Cu系铝合金是典型的可热处理强化合金，由于其具有高强度、高韧性及耐应力腐蚀能力等，被广泛应用于航空航天及军事领域。
Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的固溶处理是为获得过饱和固溶体，使Zn、Mg、Cu和Si等这类硬化溶质均匀地溶入铝基体中，以获得过饱和高密度固溶体，同时改变Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的过剩相数量、晶粒尺寸与形态、强化元素的固溶度，为后续热处理做好组织上的准备。
Al-Zn-Mg-Cu系铝合金为了追求高强度，普遍具有较高的合金含量，对于固溶工艺而言，一方面，高合金含量要求更高的固溶温度以提高粗大第二相粒子的溶解度；另一方面，高合金含量会降低材料过烧点。现有传统固溶制度，如单级固溶制度，固溶效果不理想，合金中残余粗大第二相较多，直接影响合金热处理后综合性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的固溶处理方法，该方法可以实现保证在不产生过烧的前提下实现高温固溶。
本发明是通过以下技术方案实现的：
Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的固溶处理方法，包括以下步骤：
步骤1，单级固溶过程，将所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金置于单级固溶温度下处理单级固溶时间长度，得到单级固溶处理后的铝合金；
所述单级固溶温度低于所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的过烧点；
所述单级固溶时间长度不长于所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的第二相质点数量在所述单级固溶温度下停止变化的时间；
步骤2，短时高温过程，将所述单级固溶处理后的铝合金置于短时高温温度下处理短时高温时间长度，得到固溶处理后的Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金；
所述短时高温温度高于所述单级固溶温度低于所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的过烧点，所述短时高温温度与所述单级固溶温度温差为3～9℃；
所述短时高温时间长度低于所述单级固溶时间长度，所述短时高温时间长度与所述单级固溶时间长度比为1:(6～36)。
在上述技术方案中，还包括步骤3，室温水淬一次。
在上述技术方案中，所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的过烧点是通过取DSC试验样品，在综合热分析仪上进行热分析试验，得到热分析图谱，并对其进行分析得到的。
上述技术方案中，所述单级固溶温度低于所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的过烧点5～10℃。
上述技术方案中，所述单级固溶时间长度为(1～3)h。
上述技术方案中，所述短时高温温度低于所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的过烧点1～2℃
上述技术方案中，所述短时高温时间长度为(5～10)min。
上述技术方案中，所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金中Zn含量大于5wt％。
Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的固溶处理方法在提高该合金强度中的应用，包括以下步骤：
步骤1，单级固溶过程，将所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金置于单级固溶温度下处理单级固溶时间长度，得到单级固溶处理后的铝合金；
所述单级固溶温度低于所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的过烧点；
所述单级固溶时间长度不长于所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的第二相质点数量在所述单级固溶温度下停止变化的时间；
步骤2，短时高温过程，将所述单级固溶处理后的铝合金置于短时高温温度下处理短时高温时间长度，得到固溶处理后的Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金；
所述短时高温温度高于所述单级固溶温度低于所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的过烧点，所述短时高温温度与所述单级固溶温度温差为3～9℃；所述单级固溶时间长度为(1～3)h；所述短时高温时间长度为(5～10)min；
步骤3，水淬，室温水淬一次；
步骤4，峰值时效，参数根据合金不同而不同，一般高Zn高强铝合金通用峰值时效工艺为120℃/24h。
本发明的优点和有益效果为：
本发明主要针对高合金含量Al-Zn-Mg-Cu系铝合金固溶不充分从而影响合金力学性能的问题，通过在单级固溶制度的基础上增加一步短时高温处理，有效减少了合金固溶后组织中残留粗大第二相数量，增加了时效析出强化相数量，提高合金强度，使热处理后合金组织更加均匀，有利于合金综合性能的改进。本发明所涉及的单级固溶+短时高温处理方法，工艺简单，效果显著，生产效率高，适用于工业生产。
附图说明
图1是Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的固溶处理方法过程图。
图2是(a)为实例合金经单级固溶处理后金相组织图；(b)为实例合金经单级固溶+短时高温处理后金相组织图。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
根据本发明特点，实例采用Zn含量大于5％的不同成分含量Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金进行测试。实例用盘形模锻件样品采用半连铸直接锻模锻工艺制备，成形过程包括合金熔炼、合金铸造、铸锭均匀化、铸锭锯切车皮、等温模锻，最后得到实例用盘形件。
实例抗拉强度、屈服强度、延伸率检测试样取自盘形件盘体，试样为Φ3mm标准拉伸试样，检测过程参照GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》进行。金相组织试样取自盘形件盘体，检测过程参照GB/T3246.1《变形铝及铝合金制品显微组织检验方法》进行。
实施例1
实验合金成分为：Al-10.5Zn-2.0Mg-2.0Cu(质量分数)，单级固溶+短时高温处理方法确定步骤为：
步骤1：确定合金过烧点
在盘形模锻件试件上取DSC试验样品，在综合热分析仪上进行热分析试验，得到热分析图谱，并对其进行分析，测得该合金过烧点约为476℃。
步骤2：确定单级固溶温度
根据步骤1中测得过烧点温度值，选取单级固溶温度为470℃。根据合金成分不同及过烧点温度值，选取尽可能高的不产生过烧组织的安全温度值。
步骤3：确定单级固溶时间
综合考虑固溶完全程度及生产效率，单级固溶时间确定为2h。综合考虑固溶完全程度及生产效率，单级固溶时间为合金中粗大第二相质点数量基本不发生变化的最短时间。
步骤4：确定短时高温温度
为保证尽可能高的固溶程度，短时高温温度选取贴近过烧点475℃。
步骤5：确定短时高温时间
为避免合金过烧或过热组织形成，从而影响合金性能，短时高温时间确定为5min。
步骤5：室温水淬一次、峰值时效用高Zn高强铝合金通用峰值时效工艺120℃/24h。
实例用盘形模锻件经470℃/2h+475℃/5min+室温水淬固溶后，进行120℃/24h峰值时效，并对其盘体拉伸性能及微观组织进行测试，测试项目包括抗拉强度、屈服强度、延伸率、金相组织。性能测试结果见表1。
测试结果表明，合金经470℃/2h+475℃/5min固溶后，其抗拉强度及屈服强度较470℃/2h单级固溶后提高约35MPa，延伸率基本保持不变，金相组织中残余粗大第二相数量明显减少，如附图2(a)、2(b)所示，且在金相组织中未发现过烧及过热组织。
实施例2
实验合金成分为：Al-8.0Zn-2.5Mg-2.2Cu(质量分数)，单级固溶+短时高温处理方法确定步骤为：
步骤1：确定合金过烧点
在盘形模锻件试件上取DSC试验样品，在综合热分析仪上进行热分析试验，得到热分析图谱，并对其进行分析，测得该合金过烧点约为475℃。
步骤2：确定单级固溶温度
根据步骤1中测得过烧点温度值，选取单级固溶温度为470℃。根据合金成分不同及过烧点温度值，选取尽可能高的不产生过烧组织的安全温度值。
步骤3：确定单级固溶时间
综合考虑固溶完全程度及生产效率，单级固溶时间确定为2h。综合考虑固溶完全程度及生产效率，单级固溶时间为合金中粗大第二相质点数量基本不发生变化的最短时间。
步骤4：确定短时高温温度
为保证尽可能高的固溶程度，短时高温温度选取贴近过烧点473℃。
步骤5：确定短时高温时间
为避免合金过烧或过热组织形成，从而影响合金性能，短时高温时间确定为5min。
步骤6：室温水淬
实例用盘形模锻件经470℃/2h+473℃/5min+室温水淬固溶后，进行120℃/24h峰值时效，并对其盘体拉伸性能进行测试，测试项目包括抗拉强度、屈服强度、延伸率。性能测试结果见表1。
测试结果表明，合金经470℃/2h+473℃/5min固溶后，其抗拉强度及屈服强度较470℃/2h单级固溶后提高约20MPa，延伸率基本保持不变。
实施例3
实验合金成分为：Al-10.5Zn-3.0Mg-1.0Cu(质量分数)，单级固溶+短时高温处理方法确定步骤为：
步骤1：确定合金过烧点
在盘形模锻件试件上取DSC试验样品，在综合热分析仪上进行热分析试验，得到热分析图谱，并对其进行分析，测得该合金过烧点约为480℃。
步骤2：确定单级固溶温度
根据步骤1中测得过烧点温度值，选取单级固溶温度为473℃。根据合金成分不同及过烧点温度值，选取尽可能高的不产生过烧组织的安全温度值。
步骤3：确定单级固溶时间
综合考虑固溶完全程度及生产效率，单级固溶时间确定为2h。综合考虑固溶完全程度及生产效率，单级固溶时间为合金中粗大第二相质点数量基本不发生变化的最短时间。
步骤4：确定短时高温温度
为保证尽可能高的固溶程度，短时高温温度选取贴近过烧点478℃。
步骤5：确定短时高温时间
为避免合金过烧或过热组织形成，从而影响合金性能，短时高温时间确定为5min。
步骤6：室温水淬
实例用盘形模锻件经473℃/2h+478℃/5min+室温水淬固溶后，进行120℃/24h峰值时效，并对其盘体拉伸性能及微观组织进行测试，测试项目包括抗拉强度、屈服强度、延伸率、金相组织。性能测试结果见表1。
测试结果表明，合金经473℃/2h+478℃/5min固溶后，其抗拉强度及屈服强度较473℃/2h单级固溶后提高约20MPa，延伸率基本保持不变。
表1
Figure BDA0002388415910000051
Figure BDA0002388415910000061
表1中单级固溶是指，对合金只进行本发明内容中的单级固溶过程步骤，而不进行短时高温过程步骤的处理。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的固溶处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，单级固溶过程，将所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金置于单级固溶温度下处理单级固溶时间长度，得到单级固溶处理后的铝合金；
所述单级固溶温度低于所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的过烧点；
所述单级固溶时间长度不长于所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的第二相质点数量在所述单级固溶温度下停止变化的时间；
步骤2，短时高温过程，将所述单级固溶处理后的铝合金置于短时高温温度下处理短时高温时间长度，得到固溶处理后的Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金；
所述短时高温温度高于所述单级固溶温度低于所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的过烧点，所述短时高温温度与所述单级固溶温度温差为3～9℃；
所述短时高温时间长度低于所述单级固溶时间长度，所述短时高温时间长度与所述单级固溶时间长度比为1:(6～36)。
2.根据权利要求1所述的固溶处理方法，其特征在于，还包括步骤3，室温水淬。
3.根据权利要求1所述的固溶处理方法，其特征在于，所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的过烧点是通过取DSC试验样品，在综合热分析仪上进行热分析试验，得到热分析图谱，并对其进行分析得到的。
4.根据权利要求1所述的固溶处理方法，其特征在于，所述单级固溶温度低于所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的过烧点5～10℃。
5.根据权利要求1所述的固溶处理方法，其特征在于，所述单级固溶时间长度为(1～3)h。
6.根据权利要求1所述的固溶处理方法，其特征在于，所述短时高温温度低于所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的过烧点1～2℃。
7.根据权利要求1所述的固溶处理方法，其特征在于，所述短时高温时间长度为(5～10)min。
8.根据权利要求1所述的固溶处理方法，其特征在于，所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金中Zn含量大于5wt％。
9.Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的固溶处理方法在提高该合金强度中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，单级固溶过程，将所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金置于单级固溶温度下处理单级固溶时间长度，得到单级固溶处理后的铝合金；
所述单级固溶温度低于所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的过烧点；
所述单级固溶时间长度不长于所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的第二相质点数量在所述单级固溶温度下停止变化的时间；
步骤2，短时高温过程，将所述单级固溶处理后的铝合金置于短时高温温度下处理短时高温时间长度，得到固溶处理后的Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金；
所述短时高温温度高于所述单级固溶温度低于所述Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金的过烧点，所述短时高温温度与所述单级固溶温度温差为3～9℃；所述单级固溶时间长度为(1～3)h；所述短时高温时间长度为(5～10)min；
步骤3，水淬，所述水淬为室温水淬；
步骤4，峰值时效。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述峰值时效工艺为120℃/24h。
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