CN116214082A - 一种耐晶间腐蚀的7系铝合金热成形加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及一种耐晶间腐蚀的7系铝合金热成形加工方法。本发明通过精炼、均匀化退火、热轧、冷轧、双级固溶淬火、非等温预时效处理、冲压等工艺，在保证强度的前提下提高7系铝合金耐蚀性能，同时从缩短工序流程提高生产效率三方面入手，通过一系列工艺的组合来调控合金析出相的组成与分布，使合金在保证强度的同时大幅提高耐晶间腐蚀性能，同时缩短了工序，大大提升生产效率。
Description
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及一种耐晶间腐蚀的7系铝合金热成形加工方法。
背景技术
汽车轻量化是汽车工业发展和研究的重要方向，铝合金因具有较高的比强度和良好的耐腐蚀性、抗冲击性、循环利用性，在汽车轻量化中得到广泛应用。其中，7075铝合金具有较高的室温强度，性能甚至超过高强度钢，利用其代替高强度钢制备承载结构件具有较大潜力。然而铝合金在常温下的成形存成形性差、回弹大、成形载荷大等缺点，无法通过传统冷成形工艺得到形状复杂的结构件。目前汽车上用的较多的是5系与6系铝合金，通过冷变形达到需求的形状，具有中等强度，且多用于形状较为简单的部件，如四门两盖。7075铝合金属于超高强铝合金，是理想的结构材料，但是由于成形困难，并且耐蚀性能较差，极大的限制了其应用。但因为在热成形下，流变应力减少，变形抗力降低，能较好地提高成形件的质量及精度，因此热冲压工艺得以提出与应用。最近，随着铝合金的热成形技术的飞速发展，7075铝合金也可以通过热成形的方式，加工成形状比较复杂的零部件，如汽车的A柱、B柱、上边梁、侧边梁、前窗眉等结构件，并且在时效后具有较高的强度。
目前已有不少对7系铝合金的热成形方面的研究，如CN106756673A、CN108380722A、CN106676438B等专利，有的仍采用传统热冲压的流程，包含了固溶处理、热冲压、模内淬火和时效处理等工序，虽然获得的材料强度较高，但整个工序流程复杂，耗时较长。有的对合金热冲压流程进行了优化或对合金表面涂覆来提高加热效率。但未有现有技术对7系铝合金热成形产品比较薄弱的耐蚀性方面进行改善，也没有现有技术将耐蚀性的提升、缩短工序流程和保证强度等几方面相结合来优化7系铝合金热成形工艺。
发明内容
针对现有技术的不足,本申请在保证强度的前提下提高7系铝合金耐蚀性能，同时从缩短工序流程提高生产效率三方面入手，通过一系列工艺的组合来调控合金析出相的组成与分布，使合金在保证强度的同时大幅提高耐晶间腐蚀性能，同时缩短了工序，大大提升生产效率。
一种耐晶间腐蚀的7系铝合金热成形加工方法，包括如下步骤：
(1)将原材料按7075合金成分配比在熔炼炉内进行熔化，熔化过程中开启电磁搅拌并扒渣；之后转炉至保温炉进行精炼，使用Cl-Ar混合气体进行精炼并扒渣，期间进行取样检测，若成分不符则根据配料表添加相应合金进行成分调整，若成分符合则通过双级过滤设备后进行铸造，获得合金铸锭；
(2)将铸锭放入箱式退火炉进行均匀化退火；
(3)将均匀化的铸锭锯切头尾和铣面；
(4)然后将铸锭装入推进式加热炉进行加热，之后出炉进行热轧，获得热轧卷；
(5)将热轧卷进行冷轧，获得冷轧卷；
(6)将冷轧卷在连续退火生产线进行双级固溶淬火，淬火采用水冷方式；
(7)之后进行非等温预时效处理，将卷材加热，然后在稳定的环境温度中缓慢冷却，降至室温；
(8)将完成非等温预时效处理的卷材加热并保温，之后迅速转移至热冲压模具进行冲压，冲压完成后保压冷却，获得最终制件。
所述步骤(1)中，原材料包括工业纯铝、工业纯Mg、工业纯Zn、中间合金Al-Si、中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn、中间合金Al-Ti、中间合金Al-Zr。
所述步骤(1)中，熔化温度为700～760℃，精炼温度为710-750℃。
所述步骤(2)中，均匀化退火工艺为：(470-475)℃/(10-36)h，进一步优化的均匀化工艺为：470℃/10h。
所述步骤(3)中，头部锯切350mm，尾部锯切80mm，铣面15-30mm。
所述步骤(4)中，加热炉进行450℃/5h加热，热轧开轧温度410℃，通过热粗轧和热精轧，获得7mm厚度热轧卷，打卷温度320±10℃。
所述步骤(5)中，冷轧温度小于等于60℃，冷轧道次为4，卷材厚度变化7mm-5.2mm-3.9mm-3mm。
所述步骤(6)中，双级固溶制度为先450℃/20s然后(480-485)℃/3-5min，水淬水温10-35℃，水淬冷却速率≥70℃/s。
所述步骤(7)中，卷材加热至85-105℃，在稳定的环境温度中缓慢冷却，要求≥24h降至室温。
所述步骤(8)中，加热至250-350℃，保温3-5min，转移至热冲压模具的时间≤7s，冲压模具带水循环冷却装置。
影响合金耐蚀性的主要因素是合金第二相的形态与分布，合金中的第二相与基体的电位存在差异，在腐蚀环境中会与周围基体形成原电池效应，从而加速腐蚀。当析出相在晶界连续分布时，在腐蚀环境中易形成连续腐蚀通道，从而产生明显晶间腐蚀。本申请首先在连退线使用双级固溶的方式，第一级固溶可使合金中一些低温相首先回溶，第二级温度在合金的过烧温度之下尽量提升，相比于普通固溶工艺大幅提升了固溶温度，可以明显降低合金中粗大共晶相的占比，大大促进第二相的回溶，为后期的强度提升打下基础，并且连退线固溶时间短，可防止固溶过程中晶粒长大，使合金保持良好的综合性能。然后在双级固溶淬火之后进行了非等温预时效处理，一方面的作用是稳定T4态性能，另一方面是使合金在T4态存在的部分GP区转化为晶界过渡h’相，在后续热冲压前加热时，晶界h’相长大并粗化断开，不再呈连续分布，从而不能形成连续的腐蚀通道，提升合金耐晶间腐蚀性能，同时由于此加热过程较短，晶内可以新析出强化相，且来不及长大，因此依旧保持强化作用，结合冲压变形作用，使合金不再经过人工时效仍能保持相当的强度。
本发明的有益效果是：
1.相比于传统热成形工艺，缩短了工序流程，提升了生产效率，在冲压厂的耗时减少了20小时以上，冲压后的材料能够得到足够的强度，因此无需后续时效处理。
2.相比于传统热成形工艺获得的T6状态材料，本发明获得的产品耐晶间腐蚀性能大大提升，补足7系合金耐蚀性不好的短板，极大拓展了7075的适用范围，并对其他领域高综合性能铝合金的生产与开发具有一定的指导作用。
3.区别于传统热成形工艺需要在冲压前进行固溶淬火处理，冲压成形后还需时效处理强度才能达到峰值，新设计的工艺流程为预时效态供货，前期的固溶淬火处理可在材料厂家完成，热成形后不需时效即可达到传统热成形相当的强度。完整的工艺流程为：熔铸-均匀化-热轧-冷轧-双级固溶淬火-非等温预时效-供货-加热-热成形。其中，供货前的流程均可在材料厂家完成，零件厂仅进行加热和热成形两步，精简了流程，节省生产时间，提高效率。
附图说明
图1本发明实施例晶间腐蚀照片；
图2本发明对比例晶间腐蚀照片。
具体实施方式
以下使用原材料包括工业纯铝、工业纯Mg、工业纯Zn、中间合金Al-Si、中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn、中间合金Al-Ti、中间合金Al-Zr。
实施例1
一种耐晶间腐蚀的7系铝合金热成形加工方法，包括如下步骤：
1.将原材料按7075合金成分在熔炼炉内进行熔化，熔化温度为700℃，熔化过程中开启电磁搅拌并扒渣；之后转炉至保温炉进行精炼，精炼温度为710℃，使用Cl-Ar混合气体进行精炼并扒渣，期间进行取样检测，若成分不符则根据配料表添加相应合金进行成分调整，若成分符合则通过双级过滤设备后进行铸造，获得7075合金铸锭；
2.将铸造好的7075铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化工艺为：470℃/10h；
3.均匀化后的铸锭进行锯切头尾和铣面，头部锯切350mm，尾部锯切80mm，铣面15mm；
4.然后装入推进式加热炉进行450℃/5h加热，之后出炉进行热轧，轧至7mm厚度热轧卷，打卷温度320±10℃；
5.之后将热轧卷进行冷轧，冷轧温度小于等于60℃，冷轧工序为：7mm-5.2mm-3.9mm-3mm；
6.将冷轧卷在连续退火生产线进行固溶淬火处理，固溶制度为先450℃/20s，然后483℃/4min，淬火采用水冷方式。之后将卷材加热至90℃，经24h降至室温，获得热冲压坯料；
7.将坯料转移至热冲压生产线，加热至300℃,保温3min；
8.将加热后的坯料在7秒内快速转移至水冷模具进行热冲压并进行模内保压冷却，获得最终制件，无需后续时效热处理。
实施例2
一种耐晶间腐蚀的7系铝合金热成形加工方法，包括如下步骤：
1.将原材料按7075合金成分在熔炼炉内进行熔化，熔化温度为710℃，熔化过程中开启电磁搅拌并扒渣；之后转炉至保温炉进行精炼，精炼温度为720℃，使用Cl-Ar混合气体进行精炼并扒渣，期间进行取样检测，若成分不符则根据配料表添加相应合金进行成分调整，若成分符合则通过双级过滤设备后进行铸造，获得7075合金铸锭；
2.将铸造好的7075铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化工艺为：472℃/18h；
3.均匀化后的铸锭进行锯切头尾和铣面，头部锯切350mm，尾部锯切80mm，铣面20mm；
4.然后装入推进式加热炉进行450℃/5h加热，之后出炉进行热轧，轧至7mm厚度热轧卷，打卷温度320±10℃；
5.之后将热轧卷进行冷轧，冷轧温度小于等于60℃，冷轧工序为：7mm-5.2mm-3.9mm-3mm；
6.将冷轧卷在连续退火生产线进行固溶淬火处理，固溶制度为先450℃/20s然后480℃/3min，淬火采用水冷方式。之后将卷材加热至85℃，经24h降至室温，获得热冲压坯料；
7.将坯料转移至热冲压生产线，加热至250℃,保温3min；
8.将加热后的坯料在7秒内快速转移至水冷模具进行热冲压并进行模内保压冷却，获得最终制件，无需后续时效热处理。
实施例3
一种耐晶间腐蚀的7系铝合金热成形加工方法，包括如下步骤：
1.将原材料按7075合金成分在熔炼炉内进行熔化，熔化温度为720℃，熔化过程中开启电磁搅拌并扒渣；之后转炉至保温炉进行精炼，精炼温度为730℃，使用Cl-Ar混合气体进行精炼并扒渣，期间进行取样检测，若成分不符则根据配料表添加相应合金进行成分调整，若成分符合则通过双级过滤设备后进行铸造，获得7075合金铸锭；
2.将铸造好的7075铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化工艺为：474℃/24h；
3.均匀化后的铸锭进行锯切头尾和铣面，头部锯切350mm，尾部锯切80mm，铣面25mm；
4.然后装入推进式加热炉进行450℃/5h加热，之后出炉进行热轧，轧至7mm厚度热轧卷，打卷温度320±10℃；
5.之后将热轧卷进行冷轧，冷轧温度小于等于60℃，冷轧工序为：7mm-5.2mm-3.9mm-3mm；
6.将冷轧卷在连续退火生产线进行固溶淬火处理，固溶制度为先450℃/20s然后484℃/5min，淬火采用水冷方式。之后将卷材加热至℃，经24h降至室温，获得热冲压坯料；
7.将坯料转移至热冲压生产线，加热至320℃,保温5min；
8.将加热后的坯料在7秒内快速转移至水冷模具进行热冲压并进行模内保压冷却，获得最终制件，无需后续时效热处理。
实施例4
一种耐晶间腐蚀的7系铝合金热成形加工方法，包括如下步骤：
1.将原材料按7075合金成分在熔炼炉内进行熔化，熔化温度为730℃，熔化过程中开启电磁搅拌并扒渣；之后转炉至保温炉进行精炼，精炼温度为750℃，使用Cl-Ar混合气体进行精炼并扒渣，期间进行取样检测，若成分不符则根据配料表添加相应合金进行成分调整，若成分符合则通过双级过滤设备后进行铸造，获得7075合金铸锭；
2.将铸造好的7075铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化工艺为：475℃/36h；
3.均匀化后的铸锭进行锯切头尾和铣面，头部锯切350mm，尾部锯切80mm，铣面30mm；
4.然后装入推进式加热炉进行450℃/5h加热，之后出炉进行热轧，轧至7mm厚度热轧卷，打卷温度320±10℃；
5.之后将热轧卷进行冷轧，冷轧温度小于等于60℃，冷轧工序为：7mm-5.2mm-3.9mm-3mm；
6.将冷轧卷在连续退火生产线进行固溶淬火处理，固溶制度为先450℃/20s然后485℃/5min，淬火采用水冷方式。之后将卷材加热至105℃，经24h降至室温，获得热冲压坯料；
7.将坯料转移至热冲压生产线，加热至350℃,保温5min；
8.将加热后的坯料在7秒内快速转移至水冷模具进行热冲压并进行模内保压冷却，获得最终制件，无需后续时效热处理。
实施例5
一种耐晶间腐蚀的7系铝合金热成形加工方法，包括如下步骤：
1.将原材料按7075合金成分在熔炼炉内进行熔化，熔化温度为735℃，熔化过程中开启电磁搅拌并扒渣；之后转炉至保温炉进行精炼，精炼温度为745℃，使用Cl-Ar混合气体进行精炼并扒渣，期间进行取样检测，若成分不符则根据配料表添加相应合金进行成分调整，若成分符合则通过双级过滤设备后进行铸造，获得7075合金铸锭；
2.将铸造好的7075铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化工艺为：475℃/32h；
3.均匀化后的铸锭进行锯切头尾和铣面，头部锯切350mm，尾部锯切80mm，铣面30mm；
4.然后装入推进式加热炉进行450℃/5h加热，之后出炉进行热轧，轧至7mm厚度热轧卷，打卷温度320±10℃；
5.之后将热轧卷进行冷轧，冷轧温度小于等于60℃，冷轧工序为：7mm-5.2mm-3.9mm-3mm；
6.将冷轧卷在连续退火生产线进行固溶淬火处理，固溶制度为先450℃/20s然后485℃/2min，淬火采用水冷方式。之后将卷材加热至102℃，经24h降至室温，获得热冲压坯料；
7.将坯料转移至热冲压生产线，加热至345℃,保温3min；
8.将加热后的坯料在7秒内快速转移至水冷模具进行热冲压并进行模内保压冷却，获得最终制件，无需后续时效热处理。
实施例6
一种耐晶间腐蚀的7系铝合金热成形加工方法，包括如下步骤：
1.将原材料按7075合金成分在熔炼炉内进行熔化，熔化温度为745℃，熔化过程中开启电磁搅拌并扒渣；之后转炉至保温炉进行精炼，精炼温度为745℃，使用Cl-Ar混合气体进行精炼并扒渣，期间进行取样检测，若成分不符则根据配料表添加相应合金进行成分调整，若成分符合则通过双级过滤设备后进行铸造，获得7075合金铸锭；
2.将铸造好的7075铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化工艺为：475℃/28h；
3.均匀化后的铸锭进行锯切头尾和铣面，头部锯切350mm，尾部锯切80mm，铣面30mm；
4.然后装入推进式加热炉进行450℃/5h加热，之后出炉进行热轧，轧至7mm厚度热轧卷，打卷温度320±10℃；
5.之后将热轧卷进行冷轧，冷轧温度小于等于60℃，冷轧工序为：7mm-5.2mm-3.9mm-3mm；
6.将冷轧卷在连续退火生产线进行固溶淬火处理，固溶制度为先450℃/20s然后485℃/4min，淬火采用水冷方式。之后将卷材加热至96℃，经24h降至室温，获得热冲压坯料；
7.将坯料转移至热冲压生产线，加热至315℃,保温4min；
8.将加热后的坯料在7秒内快速转移至水冷模具进行热冲压并进行模内保压冷却，获得最终制件，无需后续时效热处理。
对比例：
1.将铸造好的7075铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化工艺为：470℃/10h；
2.均匀化后的铸锭经过锯切头尾和铣面后装入推进式加热炉进行450℃/5h加热，之后出炉进行热轧，轧至7mm厚度热轧卷，打卷温度320±10℃；
3.之后将热轧卷进行冷轧，冷轧工序为：7-5.2-3.9-3，获得热冲压坯料；
4.将坯料转移至热冲压生产线，加热至470℃进行固溶,保温45min；
5.将加热后的坯料在7秒内快速转移至水冷模具进行热冲压并进行模内保压冷却；
6.冲压好的部件进行时效处理，工艺为120℃/24h。
实施例1和对比例的力学性能如下表所示：
通过性能对比可以发现，实施例与对比例的性能差异不大，处在一个区间。但晶间腐蚀结果差异很大，图2中对比例腐蚀深度最大达到190mm，而图1中实施例1最大腐蚀深度仅55mm，说明本发明工艺极大提升了材料的耐晶间腐蚀性能。
综上所述，通过本发明设计的工艺路线所生产的7075热成形产品，在保证了传统热成形工艺强度的前提下，大幅提升了耐晶间腐蚀性能，并且缩短了工序流程，提升了生产效率。借鉴本发明的工艺路线，可对其他领域高综合性能铝合金的生产与开发具有一定的指导作用。
Claims (10)
1.一种耐晶间腐蚀的7系铝合金热成形加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将原材料按7075合金成分配比在熔炼炉内进行熔化，熔化过程中开启电磁搅拌并扒渣；之后转炉至保温炉进行精炼，使用Cl-Ar混合气体进行精炼并扒渣，期间进行取样检测，若成分不符则根据配料表添加相应合金进行成分调整，若成分符合则通过双级过滤设备后进行铸造，获得合金铸锭；
(2)将铸锭放入箱式退火炉进行均匀化退火；
(3)将均匀化的铸锭锯切头尾和铣面；
(4)然后将铸锭装入推进式加热炉进行加热，之后出炉进行热轧，获得热轧卷；
(5)将热轧卷进行冷轧，获得冷轧卷；
(6)将冷轧卷在连续退火生产线进行双级固溶淬火，淬火采用水冷方式；
(7)之后进行非等温预时效处理，将卷材加热，然后在稳定的环境温度中缓慢冷却，降至室温；
(8)将完成非等温预时效处理的卷材加热并保温，之后迅速转移至热冲压模具进行冲压，冲压完成后保压冷却，获得最终制件。
2.根据权利要求1所述一种耐晶间腐蚀的7系铝合金热成形加工方法，其特征在于，所述步骤(1)中，原材料包括工业纯铝、工业纯Mg、工业纯Zn、中间合金Al-Si、中间合金Al-Cu、中间合金Al-Mn、中间合金Al-Ti、中间合金Al-Zr。
3.根据权利要求1所述一种耐晶间腐蚀的7系铝合金热成形加工方法，其特征在于，所述步骤(1)中，熔化温度为700～760℃，精炼温度为710-750℃。
4.根据权利要求1所述一种耐晶间腐蚀的7系铝合金热成形加工方法，其特征在于，所述步骤(2)中，均匀化退火工艺为：(470-475)℃/(10-36)h，进一步优化的均匀化工艺为：470℃/10h。
5.根据权利要求1所述一种耐晶间腐蚀的7系铝合金热成形加工方法，其特征在于，所述步骤(3)中，头部锯切350mm，尾部锯切80mm，铣面15-30mm。
6.根据权利要求1所述一种耐晶间腐蚀的7系铝合金热成形加工方法，其特征在于，所述步骤(4)中，加热炉进行450℃/5h加热，热轧开轧温度410℃，通过热粗轧和热精轧，获得7mm厚度热轧卷，打卷温度320±10℃。
7.根据权利要求1所述一种耐晶间腐蚀的7系铝合金热成形加工方法，其特征在于，所述步骤(5)中，冷轧温度小于等于60℃，冷轧道次为4，卷材厚度变化7mm-5.2mm-3.9mm-3mm。
8.根据权利要求1所述一种耐晶间腐蚀的7系铝合金热成形加工方法，其特征在于，所述步骤(6)中，双级固溶制度为先450℃/20s然后(480-485)℃/3-5min，水淬水温10-35℃，水淬冷却速率≥70℃/s。
9.根据权利要求1所述一种耐晶间腐蚀的7系铝合金热成形加工方法，其特征在于，所述步骤(7)中，卷材加热至85-105℃，在稳定的环境温度中缓慢冷却，要求≥24h降至室温。
10.根据权利要求1所述一种耐晶间腐蚀的7系铝合金热成形加工方法，其特征在于，所述步骤(8)中，加热至250-350℃，保温3-5min，转移至热冲压模具的时间≤7s，冲压模具带水循环冷却装置。
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