CN116815084A - 一种提升轧制态7xxx系铝合金强度的时效方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提升轧制态7xxx系铝合金强度的时效方法，属于铝合金时效热处理技术领域。本发明将7xxx系铝合金匀速升温至温度480～500℃并保温90～100min进行固溶处理，再水冷淬火至室温；预时效处理：淬火后的7xxx系铝合金匀速升温至温度120～150℃并保温24～30h；高温回归时效处理：预时效处理后的7xxx系铝合金以30～60℃/h的升温速率由温度120～150℃加热至温度180～200℃，进行非等温回归处理后空冷至室温；或者以10～15℃/min的升温速率由温度120～150℃加热至温度195～200℃，并保温10～15min进行等温回归处理后空冷至室温；低温再时效处理：将高温回归时效处理后的7xxx系铝合金匀速升温至温度120～150℃，并保温24～30h进行再时效处理后空冷至室温。本发明方法可有效提高轧制态铝合金的强度，抗拉强度达到584～611MPa。
Description
技术领域
本发明涉及一种提升轧制态7xxx系铝合金强度的时效方法，属于铝合金时效热处理技术领域。
背景技术
7xxx系铝合金有超硬铝之称，是目前用传统方法生产的工业用强度最高的铝合金系列，由于其综合性能优异，在航空航天用结构材料中占主要地位。对于时效硬化型铝合金，时效过程中沉淀析出相的种类、数量、密度以及分布情况等是影响合金强度的主要因素，7xxx系铝合金常用的热处理工艺为单级峰值时效，但综合性能较差。
现有技术中，提高7xxx系铝合金综合性能的多级形变时效方法，具体步骤为：强化固溶处理：将7050铝合金在460℃盐浴炉中保温120min进行强化固溶处理；淬火：将固溶后的铝合金材料迅速水冷淬火至室温；预拉伸变形：将淬火处理后的铝合金材料在室温下进行单向拉伸，拉伸变形量为8％，然后将其在冰水中浸泡60min后，在3～8℃条件下保存；一级低温时效处理：将拉伸后的铝合金材料在130℃进行低温时效处理10h，再立即用冰水淬火冷却；二级回归时效处理：将一级时效处理后的铝合金材料在190℃进行高温回归时效处理60min；二次拉伸变形：将二级回归时效处理后的铝合金材料再进行变形量8％的室温拉伸，然后将其在冰水中浸泡60min后，在8℃条件下保存；三级低温时效处理：将二次拉伸后的铝合金材料在80℃进行低温再时效处理30h，然后水冷至室温。强化固溶能使铝合金中的合金元素充分溶解进基体，形成过饱和固溶体；接着经一级形变低温时效可以在基体中预先形成大量弥散的GP区，这些GP区在低温拉伸能钉扎位错，提高变形产生的位错数量；而二级高温回归时效时，高密度位错促进了回复和再结晶的发生，加之预时效产生的GP区可以直接转化成细小弥散的η″相，而得到理想的微观结构，使铝合金具有很高的强度和塑性。但该技术中的多次变形处理使加工工序复杂化，不便于批量热处理，同时增长了加工周期，增加了生产成本。
发明内容
针对现有7xxx系铝合金热处理工艺中所存在的工艺流程复杂，综合性能差等问题，本发明提出一种提升轧制态7xxx系铝合金强度的时效方法，即采用固溶处理-预时效-高温回归时效-低温再时效的热处理方法对7xxx铝合金进行处理，利用预时效使合金达到峰值状态，晶内和晶界析出大量细小弥散的第二相；高温短时回归处理使晶内细小的第二相GP区回溶与转化为η'相，晶界第二相粗化呈断续排列；在较低温度下进行峰值再时效，晶内再次析出高密度强化η'相，而晶界第二相仍为断续排列；本发明方法可有效提高轧制态铝合金的强度，抗拉强度达到584～611MPa。
一种提升轧制态7xxx系铝合金强度的时效方法，具体步骤如下：
(1)固溶处理：将7xxx系铝合金匀速升温至温度480～500℃并保温90～100min进行固溶处理；
(2)淬火：将步骤(1)固溶处理后的7xxx系铝合金迅速水冷淬火至室温；
(3)预时效处理：将步骤(2)淬火后的7xxx系铝合金匀速升温至温度120～150℃并保温24～30h；
(4)高温回归时效处理：将步骤(3)预时效处理后的7xxx系铝合金以30～60℃/h的升温速率由温度120～150℃加热至温度180～200℃，进行非等温回归处理后空冷至室温；或者以10～15℃/min的升温速率由温度120～150℃加热至温度195～200℃，并保温10～15min进行等温回归处理后空冷至室温；
(5)低温再时效处理：将步骤(4)高温回归时效处理后的7xxx系铝合金匀速升温至温度120～150℃，并保温24～30h进行再时效处理后空冷至室温。
所述步骤(1)匀速升温速率为10～15℃/min。
所述步骤(3)匀速升温速率为10～15℃/min。
所述步骤(5)匀速升温速率为10～15℃/min。
本发明的有益效果是：
(1)本发明利用预时效使合金达到峰值状态，晶内和晶界析出大量细小弥散的第二相；高温短时回归处理使晶内晶内细小的第二相GP区回溶于基体中，同时转化为强化η'
相，晶界第二相粗化呈断续排列；在较低温度下进行峰值再时效，晶内再次析出高密度强化η'相，而晶界第二相仍为断续排列；
(2)本发明通过多级时效改变7xxx系铝合金晶内及晶界析出相的尺寸和分布，使合金具有优异的综合性能，抗拉强度达到584～611MPa，合金强度提升的同时耐腐蚀性也得到很大的改善，且工艺流程简单。
附图说明
图1为本发明工艺流程示意总图；
图2为实施例1时效处理流程示意图；
图3为实施例5时效处理流程示意图；
图4为拉伸试样形状及尺寸；
图5为不同时效工艺处理所得铝合金试样的室温拉伸曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
力学性能测试在AGX-100KN型电子万能试验机上进行，采取线切割的方法沿着板材轧制方向取样加工，拉伸试样如图2所示；实验中拉伸速率为1mm/min，每一个工艺选取3个平行试样测试并取平均值。
实施例1：一种提升轧制态7xxx系铝合金强度的时效方法，具体步骤如下：
(1)固溶处理：将7075铝合金以10℃/min的加热速率加热至500℃，并保温90min进行固溶处理；使铝合金中的第二相回溶于α-Al基体中；
(2)淬火：将步骤(1)固溶处理后的7075铝合金迅速水冷淬火至室温；以获得亚稳定的过饱和固溶体，为时效热处理做准备；
(3)预时效处理：将步骤(2)淬火后的7075铝合金以10℃/min的加热速率加热至150℃，并保温24h；使合金达到峰值时效态，晶内和晶界析出大量细小弥散分布的第二相；
(4)高温回归时效处理：将步骤(3)预时效处理后的7075铝合金以30℃/h的加热速率由150℃加热至180℃，进行非等温回归处理后空冷至室温；高温短时处理使晶内细小的析出相GP区回溶与转化为η'相，晶界第二相粗化，呈断续排列；
(5)低温再时效处理：将步骤(4)高温回归时效处理后的7075铝合金以10℃/min的加热速率加热至150℃，并保温24h进行再时效处理后空冷至室温；使晶内再次析出高密度强化相η'相。
实施例2：一种提升轧制态7xxx系铝合金强度的时效方法，包括如下步骤：
(1)固溶处理：将7075铝合金以15℃/min的加热速率加热至480℃，并保温100min进行固溶处理；使铝合金中的第二相回溶于α-Al基体中；
(2)淬火：将步骤(1)固溶处理后的7075铝合金迅速水冷淬火至室温；以获得亚稳定的过饱和固溶体，为时效热处理做准备；
(3)预时效处理：将步骤(2)淬火后的7075铝合金以15℃/min的加热速率加热至120℃，并保温30h；使合金达到峰值时效态，晶内和晶界析出大量细小弥散分布的第二相；
(4)高温回归时效处理：将步骤(3)预时效后的7075铝合金以60℃/h的加热速率由150℃加热至180℃，进行非等温回归处理后空冷至室温；高温短时处理使晶内细小的析出相GP区回溶与转化为η'相，晶界第二相粗化，呈断续排列；
(5)低温再时效处理：将步骤(4)回归时效后的7075铝合金以10℃/min的加热速率加热至140℃，并保温28h进行再时效处理后空冷至室温；使晶内再次析出高密度强化相η'相。
实施例3：一种提升轧制态7xxx系铝合金强度的时效方法，包括如下步骤：
(1)固溶处理：将7075铝合金以12℃/min的加热速率加热至490℃，并保温95min进行固溶处理；使铝合金中的第二相回溶于α-Al基体中；
(2)淬火：将步骤(1)固溶处理后的7075铝合金迅速水冷淬火至室温；以获得亚稳定的过饱和固溶体，为时效热处理做准备；
(3)预时效处理：将步骤(2)淬火后的7075铝合金以12℃/min的加热速率加热至140℃，并保温28h；使合金达到峰值时效态，晶内和晶界析出大量细小弥散分布的第二相；
(4)高温回归时效处理：将步骤(3)预时效后的7075铝合金以30℃/h的加热速率由150℃加热至200℃，进行非等温回归处理后空冷至室温；高温短时处理使晶内细小的析出相GP区回溶与转化为η'相，晶界第二相粗化，呈断续排列；
(5)低温再时效处理：将步骤(4)回归时效后的7075铝合金以12℃/min的加热速率加热至145℃，并保温25h进行再时效处理后空冷至室温；使晶内再次析出高密度强化相η'相。
实施例4：一种提升轧制态7xxx系铝合金强度的时效方法，包括如下步骤：
(1)固溶处理：将7075铝合金以15℃/min的加热速率加热至500℃，并保温100min进行固溶处理；使铝合金中的第二相回溶于α-Al基体中；
(2)淬火：将步骤(1)固溶处理后的7075铝合金迅速水冷淬火至室温；以获得亚稳定的过饱和固溶体，为时效热处理做准备；
(3)预时效处理：将步骤(2)淬火后的7075铝合金以15℃/min的加热速率加热至140℃，并保温26h；使合金达到峰值时效态，晶内和晶界析出大量细小弥散分布的第二相；
(4)高温回归时效处理：将步骤(3)预时效后的7075铝合金以60℃/h的加热速率由150℃加热至200℃，进行非等温回归处理后空冷至室温；高温短时处理使晶内细小的析出相GP区回溶与转化为η'相，晶界第二相粗化，呈断续排列；
(5)低温再时效处理：将步骤(4)回归时效后的7075铝合金以15℃/min的加热速率加热至150℃，并保温26h进行再时效处理后空冷至室温；使晶内再次析出高密度强化相η'相。
实施例5：一种提升轧制态7xxx系铝合金强度的时效方法，包括如下步骤：
(1)固溶处理：将7075铝合金以10℃/min的加热速率加热至500℃，并保温90min进行固溶处理；使铝合金中的第二相回溶于α-Al基体中；
(2)淬火：将步骤(1)固溶处理后的7075铝合金迅速水冷淬火至室温；以获得亚稳定的过饱和固溶体，为时效热处理做准备；
(3)预时效处理：将步骤(2)淬火后的7075铝合金以10℃/min的加热速率加热至150℃，并保温24h；使合金达到峰值时效态，晶内和晶界析出大量细小弥散分布的第二相；
(4)高温回归时效处理：将步骤(3)预时效后的7075铝合金以10℃/min的加热速率由150℃加热至200℃，并保温10min进行等温回归处理后空冷至室温；高温短时处理使晶内细小的析出相GP区回溶与转化为η'相，晶界第二相粗化，呈断续排列；
(5)低温再时效处理：将步骤(4)回归时效后的7075铝合金以10℃/min的加热速率加热至150℃，并保温24h进行再时效处理后空冷至室温；使晶内再次析出高密度强化相η'相。
实施例6：一种提升轧制态7xxx系铝合金强度的时效方法，包括如下步骤：
(1)固溶处理：将7075铝合金以15℃/min的加热速率加热至480℃，并保温100min进行固溶处理；使铝合金中的第二相回溶于α-Al基体中；
(2)淬火：将步骤(1)固溶处理后的7075铝合金迅速水冷淬火至室温；以获得亚稳定的过饱和固溶体，为时效热处理做准备；
(3)预时效处理：将步骤(2)淬火后的7075铝合金以15℃/min的加热速率加热至150℃，并保温26h；使合金达到峰值时效态，晶内和晶界析出大量细小弥散分布的第二相；
(4)高温回归时效处理：将步骤(3)预时效后的7075铝合金以12℃/min的加热速率由150℃加热至195℃，并保温15min进行等温回归处理后空冷至室温；高温短时处理使晶内细小的析出相GP区回溶与转化为η'相，晶界第二相粗化，呈断续排列；
(5)低温再时效处理：将步骤(4)回归时效后的7075铝合金以15℃/min的加热速率加热至140℃，并保温26h进行再时效处理后空冷至室温；使晶内再次析出高密度强化相η'相。
实施例7：一种提升轧制态7xxx系铝合金强度的时效方法，包括如下步骤：
(1)固溶处理：将7075铝合金以12℃/min的加热速率加热至490℃，并保温95min进行固溶处理；使铝合金中的第二相回溶于α-Al基体中；
(2)淬火：将步骤(1)固溶处理后的7075铝合金迅速水冷淬火至室温；以获得亚稳定的过饱和固溶体，为时效热处理做准备；
(3)预时效处理：将步骤(2)淬火后的7075铝合金以12℃/min的加热速率加热至145℃，并保温28h；使合金达到峰值时效态，晶内和晶界析出大量细小弥散分布的第二相；
(4)高温回归时效处理：将步骤(3)预时效后的7075铝合金以15℃/min的加热速率由150℃加热至198℃，并保温13min进行等温回归处理后空冷至室温；高温短时处理使晶内细小的析出相GP区回溶与转化为η'相，晶界第二相粗化，呈断续排列；
(5)低温再时效处理：将步骤(4)回归时效后的7075铝合金以12℃/min的加热速率加热至135℃，并保温30h进行再时效处理后空冷至室温；使晶内再次析出高密度强化相η'相。
对比例1：轧制态7xxx系铝合金的时效方法，包括如下步骤：
(1)固溶处理：将7075铝合金以10℃/min的加热速率加热至500℃，并保温90min进行固溶处理；使铝合金中的第二相回溶于α-Al基体中；
(2)淬火：将步骤(1)固溶处理后的7075铝合金迅速水冷淬火至室温；以获得亚稳定的过饱和固溶体，为时效热处理做准备；
(3)预时效处理：将步骤(2)淬火后的7075铝合金以10℃/min的加热速率加热至150℃，并保温24h；使合金达到峰值时效态，晶内和晶界析出大量细小弥散分布的第二相；
(4)高温回归时效处理：将步骤(3)预时效后的7075铝合金以10℃/min的加热速率由150℃加热至180℃，并保温10min进行等温回归处理后空冷至室温；高温短时处理使晶内细小的析出相GP区回溶与转化为η'相，晶界第二相粗化，呈断续排列；
(5)低温再时效处理：将步骤(4)回归时效后的7075铝合金以10℃/min的加热速率加热至150℃，并保温24h进行再时效处理后空冷至室温；使晶内再次析出高密度强化相η'相。
对比例2：轧制态7xxx系铝合金的时效方法，包括如下步骤：
(1)固溶处理：将7075铝合金以10℃/min的加热速率加热至500℃，并保温90min进行固溶处理；使铝合金中的第二相回溶于α-Al基体中；
(2)淬火：将步骤(1)固溶处理后的7075铝合金迅速水冷淬火至室温；以获得亚稳定的过饱和固溶体，为时效热处理做准备；
(3)预时效处理：将步骤(2)淬火后的7075铝合金以10℃/min的加热速率加热至150℃，并保温24h；使合金达到峰值时效态，晶内和晶界析出大量细小弥散分布的第二相；
(4)高温回归时效处理：将步骤(3)预时效后的7075铝合金以10℃/min的加热速率由150℃加热至180℃，并保温30min进行等温回归处理后空冷至室温；高温短时处理使晶内细小的析出相GP区回溶与转化为η'相，晶界第二相粗化，呈断续排列。
(5)低温再时效处理：将步骤(4)回归时效后的7075铝合金以10℃/min的加热速率加热至150℃，并保温24h进行再时效处理后空冷至室温；使晶内再次析出高密度强化相η'相。
对比例3：轧制态7xxx系铝合金的时效方法，包括如下步骤：
(1)固溶处理：将7075铝合金以10℃/min的加热速率加热至500℃，并保温90min进行固溶处理；使铝合金中的第二相回溶于α-Al基体中；
(2)淬火：将步骤(1)固溶处理后的7075铝合金迅速水冷淬火至室温；以获得亚稳定的过饱和固溶体，为时效热处理做准备；
(3)预时效处理：将步骤(2)淬火后的7075铝合金以10℃/min的加热速率加热至150℃，并保温24h；使合金达到峰值时效态，晶内和晶界析出大量细小弥散分布的第二相；
(4)高温回归时效处理：将步骤(3)预时效后的7075铝合金以10℃/min的加热速率由150℃加热至200℃，并保温30min进行等温回归处理后空冷至室温；高温短时处理使晶内细小的析出相GP区回溶与转化为η'相，晶界第二相粗化，呈断续排列；
(5)低温再时效处理：将步骤(4)回归时效后的7075铝合金以10℃/min的加热速率加热至150℃，并保温24h进行再时效处理后空冷至室温即可。作用是使晶内再次析出高密度强化相η'相；
对比例4：轧制态7xxx系铝合金的时效方法，包括如下步骤：
(1)固溶处理：将7075铝合金以10℃/min的加热速率加热至500℃，并保温90min进行固溶处理使铝合金中的第二相回溶于α-Al基体中；
(2)淬火：将步骤(1)固溶处理后的7075铝合金迅速水冷淬火至室温；以获得亚稳定的过饱和固溶体，为时效热处理做准备；
(3)预时效处理：将步骤(2)淬火后的7075铝合金以10℃/min的加热速率加热至150℃，并保温24h；使合金达到峰值时效态，晶内和晶界析出大量细小弥散分布的第二相；
(4)高温回归时效处理：将步骤(3)预时效处理后的7075铝合金以30℃/h的加热速率由150℃加热至220℃，进行非等温回归处理后空冷至室温；高温短时处理使晶内细小的析出相GP区回溶与转化为η'相，晶界第二相粗化，呈断续排列；
(5)低温再时效处理：将步骤(4)高温回归时效处理后的7075铝合金以10℃/min的加热速率加热至150℃，并保温24h进行再时效处理后空冷至室温；使晶内再次析出高密度强化相η'相。
对比例5：轧制态7xxx系铝合金的时效方法，包括如下步骤：
(1)固溶处理：将7075铝合金以10℃/min的加热速率加热至500℃，并保温90min进行固溶处理使铝合金中的第二相回溶于α-Al基体中；
(2)淬火：将步骤(1)固溶处理后的7075铝合金迅速水冷淬火至室温；以获得亚稳定的过饱和固溶体，为时效热处理做准备；
(3)预时效处理：将步骤(2)淬火后的7075铝合金以10℃/min的加热速率加热至150℃，并保温24h；使合金达到峰值时效态，晶内和晶界析出大量细小弥散分布的第二相；
(4)高温回归时效处理：将步骤(3)预时效处理后的7075铝合金以60℃/h的加热速率由150℃加热至220℃，进行非等温回归处理后空冷至室温；高温短时处理使晶内细小的析出相GP区回溶与转化为η'相，晶界第二相粗化，呈断续排列；
(5)低温再时效处理：将步骤(4)高温回归时效处理后的7075铝合金以10℃/min的加热速率加热至150℃，并保温24h进行再时效处理后空冷至室温；使晶内再次析出高密度强化相η'相。
实施例1～2以及对比例1～2不同时效工艺处理所得铝合金试样的室温拉伸曲线图见图5，对比实施例1和2，对比例1和2，表明当回归温度为180℃时，非等温回归再时效能够实现晶内析出相的最佳回溶与转化，因此合金的抗拉强度大幅度提升；而当进行等温回归时效时，由于时效时间较短，GP区回溶转化为η'相的驱动力不足，因此合金的抗拉强度无明显的提升。
实施例1～5和对比例1～5时效处理的7075铝合金室温拉伸抗拉强度如表1所示；
表1实施例1～5及对比例1～5的抗拉强度
分别对比实施例1和2、3和4，表明在非等温回归时效过程中，以不同的升温速率到达同一温度合金的抗拉强度变化不大；对比实施例5和对比例3，表明在等温回归时效过程中，在同一温度下保温不同的时间对合金抗拉强度影响较大；分别对比实施例1、3和对比例4，实施例5和对比例1，表明不同的回归时效温度对合金抗拉强度影响较大，合金在180℃进行非等温回归时效或在200℃保温10min进行等温回归时效，能够获得最佳的强度；回归再时效条件影响铝合金力学性能的主要因素是其晶内η'析出相的形成，在不同的回归再时效条件下合金抗拉强度不同，主要是因为析出相在回归再时效过程中进行了回溶与再析出；当回归温度较低或回归时间较短时，GP区回溶转化为η'相的驱动力不足，当回归温度较高或回归时间较长时，由于达到η'相的回溶温度，合金中的析出相转化趋势变为GP区和η'相回溶进入基体同时转化为η相析出，合金的抗拉强度降低。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种提升轧制态7xxx系铝合金强度的时效方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)固溶处理：将7xxx系铝合金匀速升温至温度480～500℃并保温90～100min进行固溶处理；
(2)淬火：将步骤(1)固溶处理后的7xxx系铝合金迅速水冷淬火至室温；
(3)预时效处理：将步骤(2)淬火后的7xxx系铝合金匀速升温至温度120～150℃并保温24～30h；
(4)高温回归时效处理：将步骤(3)预时效处理后的7xxx系铝合金以30～60℃/h的升温速率由温度120～150℃加热至温度180～200℃，进行非等温回归处理后空冷至室温；或者以10～15℃/min的升温速率由温度120～150℃加热至温度195～200℃，并保温10～15min进行等温回归处理后空冷至室温；
(5)低温再时效处理：将步骤(4)高温回归时效处理后的7xxx系铝合金匀速升温至温度120～150℃，并保温24～30h进行再时效处理后空冷至室温。
2.根据权利要求1所述提升轧制态7xxx系铝合金强度的时效方法，其特征在于：步骤(1)匀速升温速率为10～15℃/min。
3.根据权利要求1所述提升轧制态7xxx系铝合金强度的时效方法，其特征在于：步骤(3)匀速升温速率为10～15℃/min。
4.根据权利要求1所述提升轧制态7xxx系铝合金强度的时效方法，其特征在于：步骤(5)匀速升温速率为10～15℃/min。
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| CN117949278A (zh) * | 2024-03-26 | 2024-04-30 | 有研工程技术研究院有限公司 | 一种7xxx系铝合金铸锭均匀化效果评价的方法 |
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