超高强Al-Zn-Mg-Cu合金的固溶加热方法转让专利
申请号 : CN200710081844.3
文献号 : CN104335708B
文献日 : 2010-02-17
发明人 : 张新明 , 邓运来 , 刘文辉 , 刘胜胆 , 游江海 , 张勇 , 陈明安 , 周卓平
申请人 : 中南大学
摘要 :
权利要求 :
1.超高强Al-Zn-Mg-Cu合金的固溶加热方法，其特征在于：将经轧制、挤压、锻造塑性变形后的合金从低于260℃的任意温度开始加热，升温到260～360℃后保温2h以上，再经1～10h升温至480～510℃，保温大于1h。
说明书 :
技术领域本发明属金属材料加工工程技术领域，具体涉及铝合金的热处理。
背景技术铝-锌-镁-铜超高强铝合金(Al-Zn-Mg-Cu合金)具有密度低、强度高等优点，被广泛应用于航空航天领域(肖亚庆，铝加工技术实用手册，冶金工业出版社，北京，2005.1：177)。随着航空航天技术的不断发展，对超高强铝合金的综合性能也提出了更高的要求，不但要求强度高，而且要求韧性高。这对提高结构件性能、安全及可靠性具有重大的意义。目前典型的Al-Zn-Mg-Cu合金，如7050铝合金，其轧制、挤压和锻造材料经热处理后测量的断裂韧性约为30～45MPaMPa·m1/2(肖亚庆，铝加工技术实用手册，冶金工业出版社，北京，2005.1：183)超高强铝合金的力学性能决定于组织结构，如晶粒大小，再结晶程度，第二相种类、大小及分布等。纤维状组织较再结晶组织及粗大的晶粒结构可起到亚结构强化作用，还可减少沿晶断裂倾向和比例，使合金具有更高的强度和更好的断裂韧性。超高强铝合金的合金化程度较高，易产生大量非平衡的共晶相，对合金的韧性产生有不利影响，这种不利影响可通过优化合金成分，调整热处理制度来减小或消除。有文献报道了通过改变常规固溶方法(陈康华等，铝、镁合金的固溶或均匀化热处理方法，中国专利0113246.6)来减少铝合金中残余共晶相的数量，虽然取得了一定的效果，但并未考虑再结晶的发生会导致合金性能下降。如属于Al-Zn-Mg-Cu合金的7055合金板材，性能会随着固溶过程中发生再结晶机率的升高而降低。因此，通过控制Al-Zn-Mg-Cu合金的固溶加热过程，实现在减小再结晶发生机率的同时又能进行充分固溶，将会比现有固溶技术更加有利于提高合金的性能(刘胜胆，张新明等，固溶处理对高纯7055铝合金组织的影响，材料热处理学报，2006，Vol.27(3)：54-59)。
发明内容为了提高合金的强度和韧性，改善该系合金的综合性能，本发明提供一种超高强Al-Zn-Mg-Cu合金经塑性变形后的固溶热处理方法。
超高强Al-Zn-Mg-Cu合金的固溶加热方法，将经轧制、挤压、锻造塑性变形后的合金从低于260℃的任意温度开始加热，升温到260～360℃后保温2h以上，再经1～10h升温至480～510℃，保温大于1h后完成固溶加热过程。
加热过程中升温可以手动控制，也可以采用计算机程序控制。
对经本发明所述固溶处理方法处理后的Al-Zn-Mg-Cu合金，再经淬火-时效处理，分别沿板材轧向、挤压材挤出方向和锻件的压缩方向取样，按GB/T228-2002测量室温拉伸强度，按圆周切口圆柱试样试验方法测量断裂韧性。
本发明所述方法基于：Al-Zn-Mg-Cu合金经过变形后有大量的变形储能，固溶温度较高时易发生再结晶和晶粒长大，降低材料性能。由于再结晶发生需要一定的变形储能和保温温度，降低变形储能和降低保温温度是控制再结晶的可能途径，但固溶时温度太低时，又难以将合金元素充分溶入基体，也会降低强化效果。因此，通过在低于合金常规固溶温度的合适温度区间保温，使形变合金仅发生回复，消耗部分变形储能，降低后续升温时发生再结晶的驱动力，同时也能促使加工过程中析出的第二相重新溶入基体。此后再将温度升至合金常规固溶温度(445～470℃)或以上时，再结晶缺少驱动力而被抑制，同时第二相可以更加充分地溶解，为提高合金性能提供了良好的基体组织与第二相析出条件。
使用本发明所述的Al-Zn-Mg-Cu合金固溶加热方法与同类方法相比，具有以下优点：
(1)本发明以大于10℃/h的升温速度将合金加热到480～510℃，与已有的方法相比，缩短了加热升温时间，有利于节约能源。
(2)本发明在260～360℃保温，使形变合金能进行充分回复，从而降低了后续升温过程中发生再结晶的机率，为将固溶加热保温的最高温度升到超过常规温度打下了基础，有利于合金化元素的充分固溶。
(3)采用本发明所述的固溶加热技术制备的铝合金材料，与常规的固溶技术相比，可显著提高Al-Zn-Mg-Cu合金的强度与断裂韧性值。
具体实施方式
实施例2：400mm厚7050铝合金扁铸锭采用470℃/24h均匀化后轧制成120mm厚板材，轧制完成后冷至室温。轧制板材的固溶：将轧制板材升温到260℃后保温24h，再经10h升温至510℃，保温8h后完成固溶加热过程，然后进行淬火-120℃/24h时效处理。轧制板材用上述固溶加热方法处理后与采用470℃/24h固溶-淬火-120℃/24h时效工艺处理后对比，强度与断裂韧性的平均值分别高48MPa和6.2MPa·m1/2。
实施例3：7075铝合金圆铸锭采用470℃/24h均匀化后挤压成棒材，挤压温度350℃，挤压比λ＝15，挤压速度为1m/min，挤压完成后冷至室温。挤压棒材的固溶：将挤压棒材升温到360℃后保温2h，再经1h升温至510℃，保温1h后完成固溶加热过程，然后进行淬火-120℃/24h时效处理。挤压棒材用上述固溶加热方法处理后与采用470℃/24h固溶-淬火-120℃/24h时效处理后对比，强度与断裂韧性的平均值分别高58MPa和8.2MPa·m1/2。
实施例4：7055铝合金圆铸锭采用470℃/24h均匀化后进行自由锻，锻造温度380℃，锻造压下率80％，锻造完成后冷至室温。锻件的固溶：将锻件升温到360℃后保温24h，再经10h升温至480℃，保温8h后完成固溶加热过程，然后进行淬火-120℃/24h时效处理。锻件用上述固溶加热方法处理后与采用470℃/24h固溶-淬火-120℃/24h时效处理后对比，强度与断裂韧性的平均值分别高46MPa和4.8MPa·m1/2。