CN117646155A - 一种大规格超厚超高强铝合金板材脱溶相控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种大规格超厚超高强铝合金板材脱溶相控制方法，它属于航空航天用高性能铝合金材料热处理技术领域。方法：一、7xxx合金超厚板材热轧后切边，淬火炉进行固溶体热处理后以一定的行进速度转移到淬火冷却区；二、板材全部进入淬火冷却区后停留并继续喷淋，吹扫后出冷却区，得到淬火态板材。本发明减少了板材淬火冷却过程中过饱和固溶体的脱溶析出，最大限度地保证了板材固溶处理所得到的过饱和固溶体的浓度，更大程度的降低了板材淬火冷却过程中的不同厚度层的温度梯度，改善了超厚板材层间性能差异，利于板材的后续应用过程中零件使用性能的提高，即增加了时效强化潜力，有效提高了超厚板材综合性能，为未来多种型号飞行器选材用材拓宽了渠道。
Description
技术领域
本发明属于航空航天用高性能铝合金材料热处理技术领域，具体涉及一种大规格超厚超高强铝合金板材脱溶相控制方法。
背景技术
淬火冷却的目的是使合金快速冷却至某一较低温度(通常为室温)，使在固溶处理时形成的固溶体固定成室温下溶质和空位均呈过饱和状态的固溶体。一般来说，板材淬火过程中，采用最快的淬火冷却速度可使板材得到最高的强度以及强度和韧性的最佳匹配，提高板材的应力腐蚀抗力。
板材在辊底炉出炉后淬火过程中，完全靠表面喷淋的水和板材之间的热交换实现板材的自然冷却，而在冷却过程中必然造成板材表面和芯部的冷却速度差异，尤其对于高合金化的7xxx合金厚度大于100mm的超厚板材，导致板材各厚度层的层间性能差异。
在7xxx合金超厚预拉伸板材性能全面提档升级研发过程中，存在厚板固溶热处理后出炉到板材淬火入水转移时间段、喷淋冷却过程中及淬火出水后回温时的过饱和固溶体产生脱溶相的析出，降低了过饱和固溶体的浓度，减小了时效潜力，严重影响板材的最终态板材的综合性能的提升问题。
发明内容
本发明的目的是解决现有上述技术问题，而提供一种大规格超厚超高强铝合金板材脱溶相控制方法。
一种大规格超厚超高强铝合金板材脱溶相控制方法，它按以下步骤进行：
一、7xxx合金超厚板材热轧后切边，再装入辊底式淬火炉进行固溶体热处理，结束后，7xxx合金超厚板材以80mm/s～120mm/s的行进速度转移到淬火冷却区，淬火介质为水，控制淬火介质的流动速度为强冷区水流量为320～360L/s，弱冷区水流量为300～360L/s；
二、上述7xxx合金超厚板材全部进入淬火冷却区后停留并继续喷淋10～20min，经吹扫后出淬火冷却区，得到淬火态板材，即完成所述控制方法。
进一步的，步骤一中所述7xxx合金超厚板材的厚度大于100mm。
进一步的，步骤一中所述固溶体热处理：于465℃～475℃下保温4h～7h。
进一步的，步骤一中所述板材淬火介质的温度控制在5℃～30℃。
本发明的优点：
1、本发明中通过有效控制7xxx合金厚板固溶处理结束后从辊底式淬火炉转移到淬火介质中的行进速度、板材淬火过程中淬火介质的流动速度、板材淬火介质的温度以及冷却区停留等工艺过程，减少了板材淬火冷却过程中过饱和固溶体的脱溶析出，最大限度地保证了板材固溶处理所得到的过饱和固溶体的浓度，更大程度的降低了板材淬火冷却过程中的不同厚度层的温度梯度，改善了超厚板材层间性能差异，利于板材的后续应用过程中零件使用性能的提高，即增加了时效强化潜力，有效提高了厚度大于100mm的7xxx高强合金超厚板材综合性能，满足标准要求，明显提高了板材断裂韧性、剥落和应力腐蚀性能，实现了7xxx合金板材全面性能的提档升级，为未来多种型号飞行器选材用材拓宽了渠道。
2、本发明创新了板材固溶处理后强淬火技术：“出炉快速转移-辊底式喷淋淬火强冷却-冷却区停留”，最大限度保留了固溶体浓度，利于板材综合性能的协同提升，在工业化条件下，创新开发了大规格超厚超高强铝合金板材脱溶相控制技术，适用于7xxx大规格预拉伸厚板工业化生产，批量生产的7065-T7451、7136-7451厚板产品的“强度-延伸率-断裂韧性-抗应力腐蚀和剥落腐蚀性能-厚板残余应力”等综合性能匹配达到了相关国际/国内标准要求、并与同类进口产品实测数据相当的水平。
本发明适用于大规格超厚超高强铝合金板材脱溶相控制。
附图说明
图1为实施例中7065合金125mm厚板材经脱溶相控制处理后，板材淬火后脱溶析出相的透射电镜组织图，其中a部分为采用实施例中方法控制的脱溶析出相，b部分为常规淬火板材的脱溶析出相。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种大规格超厚超高强铝合金板材脱溶相控制方法，它按以下步骤进行：
一、7xxx合金超厚板材热轧后切边，再装入辊底式淬火炉进行固溶体热处理，固溶热处理保温结束后，7xxx合金超厚板材以80mm/s～120mm/s的行进速度转移到淬火冷却区，淬火介质为水，控制淬火介质的流动速度为强冷区水流量为320～360L/s，弱冷区水流量为300～360L/s；
二、上述7xxx合金超厚板材全部进入淬火冷却区后停留并继续喷淋10～20min，经吹扫后出淬火冷却区，得到淬火态板材，即完成所述控制方法。
本实施方式步骤一中所述热轧后切边为现有的常规操作。
本实施方式中从辊底式淬火炉到淬火冷却区的距离为800～1200mm。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤一中所述7xxx合金超厚板材的厚度大于100mm。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤一中所述固溶体热处理：于465℃～475℃下保温4h～7h。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤一中7xxx合金超厚板材以80mm/s～110mm/s的行进速度转移到淬火冷却区。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤一中7xxx合金超厚板材以85mm/s的行进速度转移到淬火冷却区。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤一中7xxx合金超厚板材以90mm/s的行进速度转移到淬火冷却区。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤一中控制淬火介质的流动速度为强冷区水流量为310～350L/s，弱冷区水流量为320～360L/s。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤一中所述板材淬火介质的温度控制在5℃～30℃。其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是，步骤一中所述板材淬火介质的温度控制在10℃～29℃。其它步骤及参数与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤二中7xxx合金超厚板材全部进入淬火冷却区后停留并继续喷淋13min。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：
一种大规格超厚超高强铝合金板材脱溶相控制方法，它按以下步骤进行：
一、7xxx合金超厚板材热轧后切边，再装入辊底式淬火炉进行固溶体热处理，结束后，7xxx合金超厚板材以85mm/s的行进速度转移到淬火冷却区，淬火介质为水，控制淬火介质的流动速度为强冷区水流量为320～360L/s，弱冷区水流量为340～360L/s；
二、上述7xxx合金超厚板材全部进入淬火冷却区后停留并继续喷淋12min，经吹扫后出淬火冷却区，得到淬火态板材，即完成所述控制方法。
本实施例步骤一中所述7xxx合金超厚板材，为7065合金125mm厚板材。
本实施例步骤一中所述固溶体热处理：于473℃下保温6h。
本实施例步骤一中所述板材淬火介质的温度控制在27℃。
本实施例中所得淬火态板材的脱溶析出相与常规淬火板材的脱溶析出相进行对比，二者的透射电镜组织状态，如图1所示，可见，采用本实施例中淬火技术控制的板材淬火态组织脱溶相明显减少。
本实施例中所得淬火态板材经过时效处理后，检测板材的性能，如表1所示，最终态板材的综合性能得到很大提升(见批号T2209084)，本实施例中所得淬火态板材具有极高的过饱和度和较大时效潜力。
表1采用本实施例中技术淬火后7065合金板材的性能
实施例2：
一种大规格超厚超高强铝合金板材脱溶相控制方法，它按以下步骤进行：
一、7xxx合金超厚板材热轧后切边，再装入辊底式淬火炉进行固溶体热处理，结束后，7xxx合金超厚板材以90mm/s的行进速度转移到淬火冷却区，淬火介质为水，控制淬火介质的流动速度为强冷区水流量为310～350L/s，弱冷区水流量为320～360L/s；
二、上述7xxx合金超厚板材全部进入淬火冷却区后停留并继续喷淋12min，经吹扫后出淬火冷却区，得到淬火态板材，即完成所述控制方法。
本实施例步骤一中所述7xxx合金超厚板材，为7136合金110mm厚板材。
本实施例步骤一中所述固溶体热处理：于470℃下保温7h。
本实施例步骤一中所述板材淬火介质的温度控制在28℃。
本实施例中所得淬火态板材经过时效处理后，检测板材的性能，如表2所示，最终态板材的综合性能得到很大提升(见批号T2309086)，本实施例中所得淬火态板材具有极高的过饱和度和较大时效潜力。
表2采用本实施例中技术淬火后7136合金板材的性能
由于7136合金，国际尚无板材产品，预拉伸厚板没有标准可参照，但同厚度规格板材综合性能相比7050合金有大幅度提高，对比情况见表3、4。
表3 7065、7136与7050板材拉伸性能标准对比
表4 7065、7136与7050板材断裂韧性标准对比
由表1、2、3、4可见采用本实施例中技术淬火后，有效控制淬火过程中脱溶相的析出，提高了过饱和固溶体的浓度，板材的性能较常规7050合金厚板有较大提升，实现了7xxx合金厚板综合性能的大幅度改善，效果显著。
本实施例中通过有效控制7xxx合金厚板固溶处理结束后从辊底式淬火炉转移到淬火介质中的行进速度、板材淬火过程中淬火介质的流动速度、板材淬火介质的温度以及冷却区停留等工艺过程，减少了板材淬火冷却过程中过饱和固溶体的脱溶析出，最大限度地保证了板材固溶处理所得到的过饱和固溶体的浓度，增加了时效强化潜力，有效提高了超厚板材综合性能，实现了7xxx合金板材全面性能的提档升级，为未来多种型号飞行器选材用材拓宽了渠道。
Claims (10)
1.一种大规格超厚超高强铝合金板材脱溶相控制方法，其特征在于它按以下步骤进行：
一、7xxx合金超厚板材热轧后切边，再装入辊底式淬火炉进行固溶体热处理，结束后，7xxx合金超厚板材以80mm/s～120mm/s的行进速度转移到淬火冷却区，淬火介质为水，控制淬火介质的流动速度为强冷区水流量为320～360L/s，弱冷区水流量为300～360L/s；
二、上述7xxx合金超厚板材全部进入淬火冷却区后停留并继续喷淋10～20min，经吹扫后出淬火冷却区，得到淬火态板材，即完成所述控制方法。
2.根据权利要求1所述的一种大规格超厚超高强铝合金板材脱溶相控制方法，其特征在于步骤一中所述7xxx合金超厚板材的厚度大于100mm。
3.根据权利要求1所述的一种大规格超厚超高强铝合金板材脱溶相控制方法，其特征在于步骤一中所述固溶体热处理：于465℃～475℃下保温4h～7h。
4.根据权利要求1所述的一种大规格超厚超高强铝合金板材脱溶相控制方法，其特征在于步骤一中7xxx合金超厚板材以80mm/s～110mm/s的行进速度转移到淬火冷却区。
5.根据权利要求1所述的一种大规格超厚超高强铝合金板材脱溶相控制方法，其特征在于步骤一中7xxx合金超厚板材以85mm/s的行进速度转移到淬火冷却区。
6.根据权利要求1所述的一种大规格超厚超高强铝合金板材脱溶相控制方法，其特征在于步骤一中7xxx合金超厚板材以90mm/s的行进速度转移到淬火冷却区。
7.根据权利要求1所述的一种大规格超厚超高强铝合金板材脱溶相控制方法，其特征在于步骤一中控制淬火介质的流动速度为强冷区水流量为310～350L/s，弱冷区水流量为320～360L/s。
8.根据权利要求1所述的一种大规格超厚超高强铝合金板材脱溶相控制方法，其特征在于步骤一中所述板材淬火介质的温度控制在5℃～30℃。
9.根据权利要求8所述的一种大规格超厚超高强铝合金板材脱溶相控制方法，其特征在于步骤一中所述板材淬火介质的温度控制在10℃～29℃。
10.根据权利要求1所述的一种大规格超厚超高强铝合金板材脱溶相控制方法，其特征在于步骤二中7xxx合金超厚板材全部进入淬火冷却区后停留并继续喷淋13min。
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